Источники и сети электроснабжения систем электроприводов

К энергетическим сетям относятся в общем случае сети электро-, тепло- и газоснабжения, обеспечивающие энергией технологическое оборудование. Примером тепловой сети является сеть пароконденсатной системы сушильных агрегатов бумагоделательной машины. Примером сети газоснабжения является сеть системы нагревательных печей, используемых в прокатных комплексах металлургических производств. По мощности и разветвленности сети электроснабжения намного превосходят иные сети.
Имеется тенденция к переводу технологического оборудования нагревания на электронагревание, а следовательно, к еще большему расширению сетей электроснабжения. Основными потребителями электроэнергии в технологических комплексах являются электроприводы, далее следует электронагревательное оборудование. Электроэнергия расходуется также на освещение и электропитание различного рода контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.
Источниками электроснабжения технологических комплексов и агрегатов являются, как правило, цеховые и комплектные трансформаторные подстанции (КТП), комплектные распределительные устройства (КРУ). Стандартными на этом уровне распределения электроэнергии являются напряжения 10 000, 6000, 3000, 660, 380, 220, 127 В переменного тока и 440, 220 и 110 В постоянного тока. Наиболее распространены потребители электроэнергии напряжением 660 В и ниже, относящиеся к категории потребителей низкого напряжения. Высокие напряжения 10; 6 и 3 кВ могут применяться для специальных электроприводов большой мощности (несколько мегаватт). Для питания электроприводов в основном используется напряжение 380 и 660 В.
Сеть электроснабжения состоит, как правило, из питающей и распределительной сетей. Питающая сеть связывает источник питания со щитами и сборками питания. Распределительная сеть связывает щиты и сборки питания с отдельными электроприемниками (управляемыми преобразователями, электродвигателями, контрольно-измерительными приборами и др.).
Питающая и распределительная сети могут быть выполнены трехфазными четырехпроводными, трехфазными трехпроводны-ми, двухпроводными с двумя фазными проводами, двухпроводными с одним фазным и одним нулевым проводами.
В зависимости от взаимного расположения источников питания, щитов питания, а также требований резервирования схемы питающие сети могут иметь разную конфигурацию.
Применяются следующие сети: радиальные с односторонним или двусторонним питанием; магистральные с односторонним или двусторонним питанием от одного или двух независимых источников; радиально-магистральные. Цифрой 1 обозначены источники питания, 2 — щиты питания. Питание от одного источника могут иметь только щиты, допускающие перерыв в питании.
Трансформаторные подстанции. Для наибольшего приближения к потребителям рекомендуется применять внутренние, встроенные в здание или пристроенные к нему трансформаторные подстанции. Такие подстанции имеют выход из камер с масляными трансформаторами и высоковольтными аппаратами непосредственно наружу. Внутрицеховые подстанции можно размещать на первом и втором этажах производственных помещений. Внутрицеховые подстанции размещают открыто и в отдельных помещениях.
Размещение внутрицеховых подстанций в помещениях пыльных и с химически активной средой допускается при условии принятия мер, обеспечивающих надежную работу электрооборудования.
В производственных помещениях трансформаторы и КРУ можно устанавливать открыто или в камерах и отдельных помещениях. На каждой открыто установленной цеховой подстанции и КТП могут быть применены масляные трансформаторы мощностью до 1600 кВ • А. Расстояние между масляными трансформаторами должно быть не менее Юм. Для внутрицеховых подстанций и КТП с сухими трансформаторами или с негорючим диэлектриком их мощность и расстояние между ними не ограничиваются.
Как правило, КРУ и КТП размещают в пределах «мертвой зоны» подъемно-транспортных механизмов. В цехах с интенсивным движением внутризаводского транспорта КРУ и КТП ограждают.
Ввод от трансформатора на щит может быть выполнен двумя способами: кабелями снизу на вводных панелях, предназначенных для кабельных вводов; шинами сверху с помощью вводных панелей или же непосредственно к сборным шинам через разъединитель, установленный на стене.
Обычно КТП состоит из одного или двух силовых трансформаторов, шкафа ввода высокого напряжения, шкафа ввода низкого напряжения, отсека контрольно-измерительной аппаратуры, шкафа отходящих линий низкого напряжения, шинного короба. В качестве защитно-коммутационной аппаратуры применяются разъединители, автоматические выключатели, предохранители.
Комплектные распределительные устройства. КРУ напряжением до 1 кВ состоят из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами.
Применение комплектных электротехнических устройств с выдвижными блоками улучшает эксплуатацию электрооборудования. Вместо ревизии и ремонта электрического аппарата на месте установки в стесненных и неудобных условиях можно быстро отсоединить аппарат от схемы и ремонтировать его в условиях мастерских. Создание комплектных устройств с выдвижными блоками повысило эксплуатационную надежность: благодаря замене ремонтируемого блока запасным появилась возможность не прекращать работу во время ремонта блока. При наличии штепсельных разъемов такая замена производится в течение короткого времени без снятия напряжения с данного узла при полной безопасности обслуживающего персонала.
К комплектным распределительным устройствам напряжением до 1 кВ относятся распределительные щиты, силовые пункты и шкафы, щиты станций управления.
Распределительные щиты предназначены для приема и распределения электроэнергии переменного и постоянного тока напряжением до 1 кВ. Их устанавливают на трансформаторных и преобразовательных подстанциях и в машинных залах. Щиты изготовляют в открытом и закрытом (шкафном) исполнениях.
Щиты открытого исполнения состоят из панелей, устанавливаемых в специальных электротехнических помещениях. Щиты закрытого исполнения устанавливают в шкафах в цехах промышленных предприятий.
По условиям обслуживания щиты бывают с одно- и двусторонним обслуживанием. Щиты с двусторонним обслуживанием часто называют свободно стоящими, поскольку для обслуживания устройства требуются проходы с двух сторон — лицевой и задней; таким образом, щиты устанавливают в отдалении от стен. Щиты с односторонним обслуживанием принято называть прислонными, так как обычно их устанавливают непосредственно у стен помещения и обслуживают с лицевой стороны. Каркасы панелей в современных конструкциях щитов выполняют с применением различных профилей из листовой стали.
В качестве коммутационных и защитных аппаратов на щитах устанавливают рубильники, предохранители, блоки «выключатель—предохрани! ель», выключатели. Для обеспечения автоматической работы по схеме автоматического включения резерва (АВР) на щитах устанавливают релейную аппаратуру. Для смены предохранителей, осмотра и ремонта аппаратуры на фасадной стороне каждой панели, кроме секционных, предусмотрена одностворчатая дверь, на которой установлены приводы рубильников или кнопки управления выключателей. Для присоединения кабелей к аппаратам в панелях предусмотрены шинные сборки.
Силовые распределительные пункты предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок постоянного тока напряжением до 220 В или переменного тока напряжением до 660 В при перегрузках и коротких замыканиях. Пункты изготовляют в виде шкафов или устройств, собираемых из отдельных стандартных элементов: ящиков с соединительными шинами и ящиков с разными аппаратами. Преимущество этих устройств заключается в возможности получения разных схем из небольшого набора стандартных ящиков.
Силовые распределительные шкафы применяют для приема и распределения электроэнергии в промышленных установках на номинальный ток до 400 А. В зависимости от типа шкафа на вводе устанавливают рубильник, два рубильника при питании шкафа от двух источников или рубильник с предохранителями. Шкафы имеют несколько отходящих групп, укомплектованных предохранителями и автоматическими выключателями.
Щиты станций управления. Современные электроприводы производственных машин и механизмов имеют сложные системы управления с большим числом контакторных аппаратов и регулирующих элементов. Требования режимов пуска, разгона, регулирования частоты вращения, торможения и установки электропривода, многообразие форм защиты и контроля за работой двигателя и установок определили широкую номенклатуру станций управления электроприводами. Щиты станций управления устанавливают на крупных трансформаторных подстанциях, в машинных залах промышленных предприятий. Щиты выполняют одно- и двухрядными, комплектуют из блоков и панелей управления.
Схемы электропитания. Магистральные схемы питания находят широкое применение для питания многих электроприемников одного технологического комплекса, а также для большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом, к которым относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.
Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно использование схемы блока «трансформатор—магистраль», где в качестве питающей линии применяется токопровод (шинопровод), изготовляемый промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.
Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха, применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин КТП, если главные магистрали не применяются (рис. 1.12).
К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.
Следует учитывать недостаток магистральных схем, заключающийся в том, что при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.
Радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источт ника питания, например КТП, отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых по самостоятельным линиям питаются более мелкие электроприемники.
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не влияют на другие линии.
Все потребители могут отключиться от питания только при повреждении на сборных шинах КТП, что мало вероятно вследствие достаточно надежной конструкции шкафов этих КТП.
Сосредоточение на КТП аппаратов управления и защиты отдельных присоединений позволяет легче решать задачи автоматизации в системе распределения электроэнергии напряжением до 1 кВ, чем при рассредоточенном расположении аппаратов, что имеет место при магистральной схеме.
Радиальные схемы питающих сетей с распределительными устройствами или щитами применяют при наличии в цехе нескольких достаточно мощных потребителей, не связанных единым технологическим процессом или друг с другом настолько, чтобы для них было целесообразно магистральное питание.
Радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. В крупных цехах металлургических заводов, литейных, кузнечных и механосборочных цехах машиностроительных заводов, на заводах искусственного волокна и других предприятиях всегда имеются радиальные и магистральные схемы питания различных групп потребителей.
Питание сетей электрического освещения, как правило, не связывается с силовыми сетями, а выполняется отдельно от шин главных распределительных щитов подстанций. Такое разделение сетей вызвано сравнительно малой потерей напряжения, допустимой в осветительных сетях, а также возможностью отключения силовой сети с одновременным сохранением питания осветительной сети.