книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

Решение вопросов электроснабжения привело к необ­ ходимости введения некоторых дополнений к характери­ стике режимов работы электроприемников по сравнению с ГОСТ. Для электроприемников продолжительного ре­ жима с переменной или постоянной нагрузкой вводится коэффициент включения, равный отношению времени вклю­ чения к общему времени tB за рабочий период — цикл, смену и т. д., включая время холостого хода,

Для группы электроприемников вводится групповой коэффициент включения, взвешенный по мощностям,

I

Распространен также термин «резко переменный режим работы» электроприемников. Под ним подразумевается режим работы мощных электроприемников, сопровождаю­ щийся значительными толчками, соизмеримыми с мощно­ стью короткого замыкания и вызывающими повышенные колебания напряжения, а иногда и частоты, в зависимости от мощности питающей системы. Этот режим характеризу­ ется частотой появления пиков нагрузки и скоростью их нарастания и снижения (кВт/e или кВ • А/с). Электроприем­ ником с резко переменным режимом работы является про­ катный двигатель с кратковременным пиком нагрузки во время прохождения болванки, чередующимся с холо­ стым ходом до момента входа в валки следующей бол­ ванки.

Степень бесперебойности электроснабжения. Согласно ПУЭ, с точки зрения бесперебойности электроснабжения, имеются три категории электроприемников:

1) электроприемники 1-й категории, нарушение элект­ роснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб народному хозяйству, связанный с повреждением оборудования, мас­ совым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса (например, главный подъем и главный вентилятор угольных шахт, подача

30

поды в доменных печах, разливочные и завалочные краны в мартеновских цехах; приводы поворота мик­ сера для жидкого чугуна и конвертора для меди, сани­ тарно-техническая вентиляция во вредных химиче­ ских производствах, крупные электролизные установки

ит. и.);

2)электроприемники 2-й категории, перерыв в элект­ роснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промыш­ ленного транспорта (металлорежущие станки, штампо­ вочные прессы, реверсивные прокатные станы, элек­ трические дуговые печи, механизмы текстильных фабрик

ит. и.);

3)электроприемники 3-й категории, к которым отно­

сятся все остальные электроприемники, не подходящие под 1-ю и 2-ю категории (подсобные цехи, вспомогатель­ ные производства и т. и.).

На каждом предприятии электроприемниками 1-й категории являются противопожарные насосы и аварийное освещение. Электроприемники 1-й категории должны обес­ печиваться автоматическим включением резерва (АВР) на другой независимый источник питания, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках, например 2-я секция шин станции или подстан­ ции, если каждая секция получает питание от независимого источника и секции не связаны между собой; если же сек­ ции связаны, то автоматически отключаются одна от дру­ гой при аварии на одной из секций.

Практика эксплуатации промышленных предприятий привела к необходимости выделения из 1-й категории осо­ бой группы электроприемников, обычно небольшой мощ­ ности, требующей резервирования питания от третьего источника питания (см. § 10-5).

Электроприемники 2-й категории такжб могут иметь второй источник питания, но переключение на него может производиться действием дежурного персонала через тот или иной промежуток времени, в зависимости от приме­ нения постоянного дежурства или работы выездной опера­ тивной бригады.

Существуют мероприятия, с помощью которых можно перевести потребителей из 1-й категории во 2-ю. Напри­ мер, одинаковые агрегаты разбивают на две и более сек­ ции сборных шин, питающиеся от разных источников пита­ ния, с таким расчетом, чтобы при отключении одной

31

чения. В ряде производств применяются резервные тех­ нологические агрегаты, электроприводы которых должны питаться от разных секций распределительного устрой­ ства, имеющих в нормальном режиме раздельное пита­ ние.

Для особо ответственных механизмов (например, при­ вод поворота миксера в мартеновском цехе, технологиче­ ские мешалки в некоторых химических производствах и др.) предусматривается установка двух электродвигате­ лей — рабочего и резервного с соответствующим дуб­ лированием питания. Иногда применяется механическое приспособление для вывода агрегата из создавшегося аварийного положения при прекращении подачи энергии за счет силы тяжести, например автоматический поворот миксера в исходное положение при прекращении подачи энергии при разливе чугуна; автоматический поворот медеплавильного конвертора с выводом фурм из-под рас­ плавленного металла в момент прекращения подачи дутья и т. д.

Поскольку в энергосистемах могут возникать аварий­ ные положения, вызывающие ограничение выдаваемой предприятиям мощности, то устанавливается «технологи­ ческая бронь» в виде минимальной мощности, обеспечиваю­ щей электроприемники 1-й категории, а при длительных перерывах обеспечивающей безаварийное прекращение технологического процесса.

Поведение различных потребителей при нарушении электроснабжения и характер возникающего народно­ хозяйственного ущерба излагаются в гл. 10.

Общее определение ПУЭ категорий электроприемников необходимо дополнять анализом условий производства и поведения потребителя при нарушении электроснабже­ ния для того, чтобы экономически была обоснована необ­ ходимая степень резервирования.

Удельный расход электроэнергии. Удельный расход электроэнергии, обозначаемый шуд и измеряемый в кило­ ватт-часах на единицу продукции, играет большую роль в расчетах, связанных с определением электрических на­ грузок и расходов электроэнергии, и равен:

W

где W — энергия; М — продукция, выпущенная за рас­ сматриваемый период.

Характерным показателем является также электро­ вооруженность труда, выражаемая количеством кило­ ватт-часов, приходящихся в год на одного рабочего (шэвт, кВт-ч,год). Е сли известно число часов, отработанных одним рабочим в год ТраС, то отношение Щш.т/^раб ---

-- Р0в.т будет выражать электровооруженность в кило­ ваттах на одного рабочего. Электровооруженность Рэвт также играет большую роль в перспективных расчетах по определению электрических нагрузок и расходов элект­ роэнергии промышленными предприятиями.

Стабильность расположения оборудования. Характе­ ристикой потребителей электроэнергии является степень стабильности расположения технологического оборудова­ ния, которое обычно устанавливается неподвижно, но может перемещаться по площади предприятия или цеха или заменяться другим, более производительным. Это относится прежде всего к металлорежущим станкам маши­ ностроительной промышленности, различным машинам в легкой промышленности, где род изделия и технологиче­ ский процесс меняются непрерывно из-за специфического характера производства.

На таких предприятиях частые изменения распо­

и обеспечивать электроснабжение при изменяющемся рас­ положении или его замену без существенных переде­ лок и затрат, а также без нарушения производства. Эти требования не распространяются на случаи смены тяже­ лого оборудования и другие виды реконструкции пред­ приятия, когда одновременно производятся значитель­ ные строительные и монтажные работы, так как при этом проводятся и соответствующие электромонтажные работы для электроснабжения реконструируемого цеха или предприятия.

Под , определение «перемещаемое оборудование» не попадают передвижные установки, например мостовые краны, подъемно-транспортные сооружения, питающиеся от контактной сети, электроснабжение которой стабильно по расположению.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ПОТРЕБИТЕЛИ И ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

2-1. ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Угольные шахты и рудники. Мощность электродвига­ телей, применяемых для добычи и транспортировки угля в подземных выработках, колеблется в таких пределах: 1—3 кВт для электроинструмента — сверл и перфора­ торов; 4,2—40 кВт для конвейеров и лебедок; 40—170 кВт для врубовых машин и комбайнов; 325—700 кВт для про­ ходческих комбайнов (рис. 2-1), 250—1 000 кВт для вен-

Рпс. 2-1. Проходческий комбайн ПК-8 для прохода выработки сечением 8 м2 мощностью 325 кВт.

тиляторов, насосов водоотлива и углесосов и 1 250— 8 800 кВт для главного подъема. Ток трехфазный. Главный подъем в современных шахтах выполняется по системам УРВД или УТВД, заменившим систему ДГД. Исполни­ тельные двигатели постоянного тока имеют частоту вра­ щения 28—30 об/мин, вследствие этого их диаметры до­

стигают 5 м и выше.

Ранее применявшееся напряжение электродвигателей 380 В в большинстве подземных выработок заменено на 660 В (намечается применение напряжения 1 140 В = = 3 х380 В). За рубежом имеются шахты, где применяется

34

напряжение 1 000—1 100 В. Для двигателей насосов и вентиляторов 250 кВт и выше под землей применяются напряжения 6 кВ и в надземных установках б и 10 кВ. Для электроинструмента применяется повышенная ча­ стота 150 Гц. Сети всех напряжений в подземных выра­ ботках работают с изолированной нейтралью.

Механизмы в забое работают в тяжелом режиме ПКР до 60% ПВ, а водоотлив и вентиляция — в продолжи­ тельном режиме. Условия работы электрооборудования в подземных выработках тяжелые, поэтому применяемое электрооборудование должно иметь специальное испол­ нение (рудничное и взрывозащищенное) и большую меха­ ническую прочность из-за возможности повреждения от ударов. Поскольку условия работы людей в шахтах явля­ ются тяжелыми, а в газоносных шахтах имеется опасность взрыва и пожара, то электроснабжение угольных шахт должно быть весьма надежным. К 1-й категории относятся главный вентилятор, главный подъем, котельная, осве­ щение, калориферы, водоотлив. При прекращении электро­ снабжения газоносных шахт предусматривается немедлен­ ный вывод рабочих из лавы.

По мере прохождения забоев механизмы в лаве пере­ двигаются, что требует применения специальных передвиж­ ных сетей; расположение водоотлива, главных вентилято­ ров и подъемных машин постоянное.

В подземных рудниках, не опасных по газу, применя­

Общая установленная мощность потребителей отдель­ ных шахт и рудников составляет 5—50 МВт.

Карьеры открытой добычи угля, руды и нерудных ископаемых. Основными потребителями электроэнергии в карьерах являются экскаваторы различных типов. Если у старого шагающего экскаватора-драглайна типа ЭШ-14/65 с ковшом 14 м3 и стрелой 65 м (рис. 2-2) общая мощность электродвигателей 3 516 кВт, то у современного экскава­ тора ЭШ-80/100 с электроприводом по системе ДГД мощ­ ность только сетевого синхронного двигателя 14 МВт, а общая мощность всех установленных на нем электриче­ ских машин составляет 70 МВт.

Директивами XXIV съезда КПСС на 9-ю пятилетку намечено применение экскаваторов для вскрышных работ и добычи ископаемых с ковшами до 100 м3, при которых

мощность сетевых двигателей достигнет 18—28 МВт. Воз­ растут также мощности экскаваторов с механической лопа­ той. Если экскаватор ЭВГ-35/65 с ковшом 35 м3 и лопатой длиной 65 м имеет мощность сетевого двигателя 3,2 МВт, то экскаватор ЭВГ-100/100 будет иметь сетевой двигатель мощностью 18 МВт. В зарубежных установках применя­ ются аналогичные экскаваторы с ковшом 153 м3 и лопа­ той 65 м при мощности сетевого двигателя 15 МВт.

Крупными потребителями электроэнергии являются также роторные или многоковшовые экскаваторы, имею-

Рис. 2-2. Шагающий экскаватор УЗТМ типа ЭШ-14/65.

щие ротор с ковшами по 1,6—4,5 м3 (рис. 2-3). Суммарная мощность роторных экскаваторов достигает 90 МВт.

Электроэнергия подается на экскаваторы гибкими ка­ белями при 6 или 10 кВ; для питания мелких двигателей и освещения на них устанавливаются понижающие транс­ форматоры. Режим работы экскаваторов резко переменный вследствие большой мощности электродвигателей и пере­ менного графика нагрузки. По степени бесперебойности экскаваторы относятся ко 2-й категории.

Буровые станки для бурения в карьерах шурфов под взрывные работы имеют мощности двигателей 30—450 кВт при напряжениях 380 и 6 000 В. Снабжение сжатым воз­ духом пневматического инструмента производится от мел­ ких передвижных компрессоров или от стационарной цент­

36

ральной компрессорной. Суммарные установленные мощ­ ности открытых разработок составляют десятки мегаватт.

Для добычи редких металлов применяют плавучие драги, масса которых достигает 2 000 т и более, а суммар­

6 000 В, остальные питаются через трансформаторы мощ­ ностью 2 х і 000 + 1 х180 кВ-А напряжением 6/0,4 кВ.

Рис. 2-3. Роторный экскаватор Ш Ш З типа ЭРШР-1000 на рельсошагающем ходу.

Масса драги более 10 000 т. Питание драг производится гибким кабелем при напряжении 6 кВ, режим их работы —

ПКР, категория надежности 2-я.

Нефтепромыслы. Буровые установки. Вращение до­ лота при бурении скваяшн для добычи нефти и газа про­ изводится электродвигателями с поверхности земли (ро­ торное бурение), турбобурами или электробурами, распо­ ложенными в скважине непосредственно над долотом. Глубина бурения современных скважин достигает 5— 9,16 км, что является пока пределом проникновения че­ ловека в глубь земли.

Мощность приводов основных механизмов буровых установок — роторного стола и лебедок для спуска и подъе­ ма инструмента массой 250—450 т с асинхронным двига­ телем или по системе ДГД — составляет 125—2 000 кВт; буровых насосов 225—1 480 кВт, вспомогательных меха­

37

низмов 1,7—28 кВт. Суммарная мощность двигателей бу­ ровых установок достигает К) МВт и более. Напряжение главных двигателей лебедок 500 В с тенденцией перехода на G60 В. В тяжелых условиях работы буровой, являю­ щейся временной передвижной установкой, применение напряжения 6 кВ для лебедок не опрадывается. Суммарная мощность буровой установки Уралмаш-Э4, предназначен­ ной для бурения глубиной до 5 000 м и имеющей 43 дви­ гателя, составляет 3 МВт. Для вспомогательных механиз­ мов и освещения применяется напряжение 380'220 В.

Рис. 2-4. Драга 380 с емкостью ковгаов 380 л.

Наиболее интересным приводом является электробур, впервые в мире созданный в СССР в 1937—1938 гг. Мощ­ ность двигателей электробуров, находящихся в забое скважин, так называемых «погружных», 82—230 кВт при напряжении 900—1 650 В и частоте 50 Гц; диаметр статора двигателя 215—250 мм, длина 7,5—12 м.

Сложным является трехфазный токоподвод к двига­ телю сквозь колонну обсадных труб, которые использу­ ются в качестве проводника одной из фаз. Две фазы пере­ даются кабелем с резиновой изоляцией и специальными контактами, позволяющими соединять отрезки кабеля одновременно с соединением труб. Вследствие большой потери напряжение питания двигателя регулируется в со­ ответствии с глубиной скважины. Режим работы механиз­ мов при спуско-подъемных операциях — ПКР; при бу­ рении — продолжительный с переменной нагрузкой в за­ висимости от твердости породы и формы долота.

38

По категории бесперебойности буровые установки глубиной более 3 000 м и менее глубокие, но со сложными геологическими условиями, а также расположенные на море относятся к 1-й категории, так как при отключении питания возможно заедание инструмента из-за оседания грунта. Буровые установки являются перемещаемыми, их расположение меняется в течение года в зависимости от местных условий и производительности буровых уста­

новок.

Нефтедобыча. При основном способе добычи нефти из скважины путем глубиннонасосных установок применя­ ются станки-качалки, снабженные штанговыми глубин­ ными насосами, позволяющими поднимать нефть с глу­ бины более 3 км. Электропривод станков-качалок осуще­ ствляется асинхронными двигателями мощностью 1,7 — 55 кВт. График нагрузки станков-качалок характерен периодическими пиками и провалами, обусловленными их конструкцией, что вызывает значительное снижение сред­ него cos ф до 0,4—0,7. Станки-качалки относятся ко 2-й категории потребителей и допускают кратковременные перерывы не более нескольких минут, после чего воз­ можны оседание песка, заклинивание плунжера и другие явления, вызывающие большие затраты на восстановле­ ние работы скважины. Поэтому для станков-качалок, обычно разбросанных но территории нефтепромыслов без обслуживающего персонала, предусматривается инди­ видуальный или групповой самозапуск очередями по условиям питающей сети.

Более прогрессивными установками для глубоких сква­ жин являются погружные центробежные электронасосы, расположенные в скважине ниже уровня нефти на 5Ö— 100 м и снабженные погружными электродвигателями специальной конструкции «трубообразной» формы с диа­

маторов с первичным напряжением 380 В по трехжильному кабелю с водонефтестойкой изоляцией длиной до 2 250 м. Величина cos ф таких установок 0,57—0,9. Режим работы продолжительный, категория 2-я.

При компрессорном способе добычи нефти, в глубокие и многодебитңые скважины подается нефтяной газ или воздух под давлением до 250 кгс/см2 (от поршневых комп­ рессоров с электроприводом или от газомотокомпрессоров).

39