КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

225

Выбор схемы электроснабжения промышленных предприятий опре- деляется требованиями надежности и бесперебойности электроснабжения потребителей электроэнергией, наличием электростанции на предприятии, возможностью присоединения этой электростанции к энергетической сис- теме и расположением объекта электроснабжения по отношению к источ- нику питания и электрическим сетям энергетической системы.

Системы электроснабжения разделяют на систему внешнего элек- троснабжения и систему внутреннего электроснабжения.

Электроснабжение промышленного объекта может осуществляться от собственной электростанции (например, ТЭЦ), от энергетической сис- темы, а также от энергетической системы при наличии собственной элек- тростанции, работающей с ней параллельно.

Электроснабжение от собственной электростанции. Если соб-

ственная электростанция находится в непосредственной близости от цехов предприятия, а напряжение распределительной сети совпадает с напряже- нием генераторов электростанции, то распределение электроэнергии по предприятию осуществляется по схеме, изображенной на рисунке 1. При этом близлежащие цеховые трансформаторные подстанции ТП присоеди- няют непосредственно к шинам распределительного устройства РУ элек- тростанции, а удаленные потребители (соседние предприятия, подсобные хозяйства, насосные станции, города и жилые поселки и др.) присоединя- ют через указанные на рисунке трансформаторы T1 и Т2.

6 -10 кВ

Электроснабжение от энергетической системы (при отсутст- вии собственной электростанции). В зависимости от величины напря-

жения источника питания электроснабжение от энергетической системы выполняют по двум схемам:

227

(6 – 10 - 20) кВ, совпадающим с генераторным напряжением, и когда соб- ственная электростанция расположена в центре нагрузок.

Схема, представленная на рисунке 4, б, применяется, когда промыш- ленное предприятие питается от энергосистемы повышенным напря- жением (35 - 220 кВ), которое понижается на территории предприятия до напряжения генераторов электростанции. В этой схеме генераторы и рас- пределительное устройство электростанции не показаны.

3.3.2 Электрооборудование и электротехнологии на предприятиях

Квысоковольтному оборудованию на трансформаторных подстан- циях относятся: разъединители; короткозамыкатели и отделители; плавкие предохранители; выключатели; разрядники и т.д.

Кэлектротехнологическому оборудованию относятся: электрические печи и электронагревательные установки, электросварочные установки всех видов, установки для размерной электрофизической и электрохими- ческой обработки металлов. Установки для окраски деталей в электроста- тическом поле, электростатические фильтры и многие другие устройства.

3.3.2.1Разъединители

Используются в установках электроснабжения напряжением выше 1000 В для разъединения и переключения участков сети, находящихся под напряжением, но не загруженных рабочим током.

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находя- щихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудо- вания в ремонт в целях безопасного производства работ.

а б Рисунок 5 – Общий вид разъединителя: а – конструкция, б – общий вид

разъединителя типа РНДЗ-1-110

На рисунке 5: 1 – основание; 2 – изоляторы; 3 – шины высокого на- пряжения; 4 – ножи разъединителя; 5 – привод.

229

При срабатывании предохранитель выходит из строя, и чтобы подго- товить его для дальнейшей работы, необходимо сменить в нем плавкую вставку или патрон. Ценным свойством плавких предохранителей является простота устройства, малая стоимость, быстрое отключение цепи при ко- ротком замыкании. Предохранители высокого напряжения выпускаются для наружной и внутренней установок на напряжение 3, 6, 10 и 35 кВ.

Несмотря на недостатки, плавкие предохранители широко применяют для защиты силовых трансформаторов небольшой мощности, электродви- гателей, распределительных сетей и измерительных трансформаторов на- пряжения.

3.3.2.3 Выключатели

Выключатель производит отключение электрических цепей под на- грузкой напряжением выше 1000 В. Выключатель должен включать и от- ключать токи, как в нормальном, так и в аварийном режимах работы элек- троустановки. Аварийные режимы сопровождаются обычно большим уве- личением токов, следовательно, выключатель является наиболее ответст- венным элементом высоковольтной установки. При разрыве электрической цепи возникает электрическая дуга. В зависимости от применяемой дуго- гасительной среды выключатели бывают жидкостные и газовые, из кото- рых наиболее распространены масляные и воздушные.

Масляным выключателем называется такой выключатель (рисунок 7), в котором расхождение контактов, образование дуги и ее гашение про- исходят в баке 1, заполненном трансформаторным маслом 2 или в сравни- тельно небольших бачках – горшках.

а б в Рисунок 7 – Масляный выключатель: а - схема устройства;

б–общий вид многообъемного масляного выключателя МКП-110 кВ;

в– современный трехполюсный выключатель С-35М-630-10

230

При отключении цепи выключателем в его баке между контактами 3 и 4, которые раздвигаются приводом 6, возникает дуга, и масло вокруг нее испаряется и разлагается. Продукты разложения масла образуют вокруг дуги газовый пузырь 5, который поднимается вверх.

Выделяемая дугой мощность очень велика. Создается огромное дав- ление в газовом пузыре, которое распространяется в масле со скоростью звука, достигает стенок бака и вызывает удар. Чтобы не было взрыва, мас- ляные выключатели снабжаются особыми газоотводными трубами с мас- лоотделителями и предохранительными клапанами. Газовый пузырь со- держит: водород – 80%; ацетилен (С2Н2); метан (СН4); этилен (С2Н4) и дру- гие углеводороды.

Выделяемые из масла газы способны при смешивании с кислородом или воздухом давать воспламеняющую смесь, которая может взорваться под крышкой выключателя. Через неплотности и щели выбрасывается пла- мя наружу. Такое явление крайне нежелательно и по существующим нор- мам недопустимо. Чтобы этого не происходило, необходимо проверять уровень масла по имеющемуся масломерному устройству и в случае необ- ходимости доливать масло.

Масляные выключатели имеют большие размеры и вес – это один из их недостатков.

В воздушных выключателях в качестве дугогасительной среды при- меняется сжатый воздух; контактная система находится в изоляционном цилиндре или камере.

Недостаток воздушных выключателей состоит в необходимости иметь компрессорную установку для подачи воздуха в дугогасительную камеру давлением 0,8-2,0 МПа, а также для управления электропневматическими клапанами включения и отключения.

Включают и отключают выключатели вручную, дистанционно или автоматически. Механизм для включения и отключения выключателя на- зывают приводом. У большинства выключателей он представляет собой отдельный аппарат – электромагнитный, пружинный, грузовой или пнев- матический.

3.3.2.4 Короткозамыкатели, отделители и разрядники

Короткозамыкатели – аппараты, предназначенные для искусствен- ного создания короткого замыкания в тех случаях, когда ток при повреж- дениях в трансформаторе может оказаться недостаточным для срабатыва- ния релейной защиты. Короткозамыкатели применяют на подстанциях без выключателей на стороне высокого напряжения. Они предназначены для наружной установки.

Отделители – это двухколонковые разъединители с ножами зазем- ления или без них на напряжение до 110 кВ. Отделители на 220 кВ выпол-

231

няют в виде трех отдельных полюсов с самостоятельными приводами. От- делители могут отключать токи намагничивания трансформаторов мощно- стью до 16 МВА при напряжении до 35 кВ и до 63 МВА при напряжении

110 кВ.

Разрядники

Разрядники – это аппараты, предназначенные для защиты электро- установок от перенапряжений. Разрядники разряжают волну перенапряже- ния на землю с последующим немедленным восстановлением нормальной изоляции сети по отношению к земле. Трубчатый разрядник (рисунок 8) представляет собой дугогасительную трубку 1 из полимеров, способных при нагреве выделять значительное количества газов без значительного обугливания — полихлорвинила или оргстекла (первоначально, в начале XX века, это была фибра), с разных концов которой закреплены электроды 3 и 4. Один электрод заземляется 2, а второй располагается на небольшом расстоянии S2 от него.

а б в Рисунок 8 – Разрядники: а устройство рубчатого разрядника;

б – трубчатый разрядник типа РТВ; в – вентильный разрядник РВО-10

При возникновении перенапряжения пробиваются воздушный ис- кровой промежуток S1 и промежуток S2, возникает дуга, которая быстро га- сится газами, образующимися вследствие разложения материала трубки.

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: мно- гократного искрового промежутка и последовательно включенного рези- стора, состоящего из последовательного набора вилитовых дисков.

Во время перенапряжения многократный искровой промежуток про- бивается, задача резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежут- ками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нели- нейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство по- зволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Бла- годаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название.

232

Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

3.3.2.5 Электротехнологии на предприятиях

Электротехнологией называют область электротехники, изучающую прямое использование энергии электрического тока, электрического и маг- нитного полей, подводимой к технологическому объекту и преобразуемой

вдругие виды (химическую, тепловую, механическую).

Впонятие «электротехнология» обычно включаются следующие тех- нологические процессы и методы обработки материалов:

- электротермические процессы, в которых используется превраще- ние электрической энергии в тепловую для нагрева материалов и изделий в целях изменения их свойств или формы, а также для их плавления и испа- рения;

- электросварочные процессы, в которых получаемая из электриче- ской энергии тепловая энергия используется для нагрева тел в целях осу- ществления неразъемного соединения в месте сварки;

- электрохимические методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии осуществляется разложе- ние химических соединений и их разделение путем перемещения заряжен- ных частиц (ионов) в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка);

- электрофизические методы обработки, при которых для воздейст- вия на материалы используется превращение электрической энергии, как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, маг- нитоимпульсная, электровзрывная);

- аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке мелким частицам вещества с целью перемещения их под действием поля в нужном направлении (установки для окраски деталей в электроста- тическом поле, установки для ориентации стружки в процессе изготовле- ния древесно-стружечных плит, электрофильтры для очистки дымовых га- зов).

Электротехнология - одно из ведущих технологических направле- ний, обеспечивающих научно-технический прогресс в различных отраслях промышленности.

Электротехнологические методы повышают производительность труда, качество, надежность и долговечность изделий, допускают автома- тизацию технологических процессов, позволяют получать новые материа- лы с заданными свойствами и снижать вредное влияние производства на окружающую среду.

Рассмотрим примеры некоторых электротехнологических установок.