Энергетические сети

Резервирование электропитания

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Энергетические сети

На выбор схемы существенно влияет и необходимость резервирования питания электроприемников I и II категорий.
К электроприемникам I категории относятся такие, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, нарушение сложного технологического процесса. Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.
К электроприемникам II категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовой задержке отпуска продукции и массовым простоям рабочих машин.
Остальные электроприемники относятся к III категории.
Для электроприемников I категории обязательно питание от двух независимых источников, к числу которых могут быть отнесены и силовые трансформаторы, если они подключены к различным, не связанным между собой секциям распределительного устройства высшего напряжения. При этом резервное питание электроприемников должно иметь автоматическое включение (АВР). Обычно у наиболее ответственных установок имеются резервные агрегаты на случай выхода установки из строя или профилактического ремонта рабочих агрегатов. Включение резервных агрегатов также может быть автоматическим, если это необходимо по условиям технологического процесса.
Для электроприемников II категории резервное питание включается дежурным персоналом или автоматически, но принципы построения схем остаются такими же, как и для электроприемников I категории, с той лишь разницей, что второй источник питания может и не быть независимым.
Основным условием рационального проектирования сети электроснабжения является принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппаратами) и одного электроприемника технологического комплекса, получающего питание от этой линии. Поэтому нет смысла, например, питать один электропривод технологического комплекса по двум взаиморезервируемым линиям. Если технологический комплекс имеет много электроприемников, осуществляющих единый, связанный группой машин, технологический процесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает необходимость прекращения работы всего комплекса, то надежность электроснабжения обеспечивается при магистральном питании. Когда требуется высокая степень надежности питания электроприемников в непрерывном технологическом процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии.
В цехах машиностроительных и металлургических заводов применяют схемы магистрального питания с взаимным резервированием питания отдельных магистралей. Схема позволяет отправить на ремонт или ревизию один из трансформаторов и, используя перегрузочную способность, обеспечить питание нескольких магистралей от одного работающего трансформатора. Такая схема питания позволяет отправлять на ремонт или ревизию один из трансформаторов во время ремонта технологического оборудования.
При неравномерной загрузке технологического оборудования в течение суток (например, пониженная нагрузка в ночные или ремонтные смены) схемы с взаимным резервированием питания магистралей обеспечивают возможность отключения незагруженных трансформаторов.
Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними КТП при радиальном питании. Такие перемычки, обеспечивая частичное или полное взаимное резервирование, создают удобства для эксплуатации, особенно при проведении ремонтных работ.

Показатель качества электроэнергии

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Энергетические сети

Государственный стандарт (ГОСТ 13109 — 99) устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения — ТОП).
Устанавливаются 11 основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ): отклонение частоты 8/, установившееся отклонение напряжения 8Uy, размах изменения напряжения 5U„ доза фли-кер"а (мерцания или колебания) Р„ коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ки, коэффициент я-й гармонической составляющей напряжения Ки(п), коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2и, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности Кои, глубина и длительность провала напряжения соответственно 5U„, Д/п, импульсное напряжение 1/иып, коэффициент временного перенапряжения KnepU.
При определении значений некоторых показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии: частоту повторения изменений напряжения Fsu„ интервал между изменениями напряжения Д//>1+1, частоту появления провалов напряжения Fn, длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды А/Импо,5> длительность временного перенапряжения.

Источники и сети электроснабжения систем электроприводов

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Энергетические сети

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.

Энергосбережение средствами электропривода

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Энергетические сети

Электроприводами потребляется более 60% производимой в мире электроэнергии, поэтому вопросы энергосбережения имеют чрезвычайно важное значение. Для России это тем более важно, поскольку стоимость электроэнергии возрастает и при неэкономичных системах электроприводов производственные расходы возрастают, соответственно возрастает стоимость вырабатываемой технологическими комплексами продукции.
Установленные стандартами показатели качества электроэнергии делают необходимым при выборе систем электроприводов, особенно при большой их установленной мощности, рассмотрение всей электротехнической цепи от КТП, где осуществляется контроль потребляемой активной и реактивной мощности и качества электроэнергии, до исполнительных органов рабочих и транспортных машин. Следует оптимально осуществлять набор силовых модулей (трансформаторов, реакторов, фильтров, полупроводниковых преобразователей, тормозных средств), при которых обеспечиваются минимальные потери электроэнергии, не нарушаются показатели качества электроэнергии у источника питания и решаются все задачи технологии.
К основным методам сбережения электроэнергии в автоматизированных электроприводах технологических агрегатов и комплексов относятся следующие.
1. Применение вместо нерегулируемых электроприводов регулируемых, с помощью которых возможно при изменении режимов работы технологического оборудования и физико-механических свойств обрабатываемого вещества устанавливать оптимальные по энергетическим затратам условия обработки вещества, например, устанавливать оптимальные скорости насосов при изменении расхода и свойств жидкости, шпинделей металлообрабатывающих станков при изменении размеров и материала обрабатываемых деталей, роторов дробилок при изменении размеров и свойств дробимых веществ и др.
Переход на регулирование давления и расхода воды насосных агрегатов с помощью регулируемых электроприводов взамен дроссельного регулирования приводит к исключению потерь напора и экономии электроэнергии примерно на 30 %. Насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия г\„ — отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения г|н в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах вращения. Максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать с пониженной частотой вращения. В этом случае КПД насоса выше, чем при работе с номинальной частотой вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию благодаря исключению гидравлических потерь, но и получить экономический эффект из-за повышения коэффициента полезного действия самого насоса — преобразователя механической энергии в гидравлическую.
Аналогичная ситуация имеет место и в других агрегатах.
2. Применение силовых модулей регулируемых электроприводов, имеющих максимальные коэффициенты полезного действия и мощности (главными среди них являются электродвигатели, управляемые полупроводниковые преобразователи — выпрямители и инверторы, тормозные модули, обеспечивающие рекуперацию электроэнергии от двигателя в сеть переменного или постоянного напряжения); максимально возможное исключение потерь электроэнергии при использовании тормозных резисторов.
Рассмотрим тяговые электроприводы маршрутного электротранспорта, в частности трамвая. В широко распространенных тяговых электроприводах трамваев с пускотормозными реостатами потери в реостатах достигают 63 % энергии, потребляемой трамваем из контактной линии. На представлена схема энергетического баланса трамвая КТ49, на котором установлены четыре электродвигателя по 40 кВт каждый. На рис. 1.18 обозначено: 1 — энергия, потребляемая из контактной сети; 2 — потери в обмотках возбуждения; 3 — потери в якорных обмотках; 4 — потери в пуско-тормозных реостатах; 5 — энергия, расходуемая на движение трамвая.
Непосредственно на движение задействуется 25 % энергии сети, а 63 % энергии превращаются в тепло в реостатах в процессах разгона и торможения трамвая.
Замена реостатного регулирования электроприводов на регулирование с использованием транзисторных широтно-импульс-ных преобразователей (см. п. 4.10.3) дает возможность снизить потери в пусковых режимах и возвратить энергию, вырабатываемую при торможении, в контактную сеть. В результате расход энергии, потребляемой трамваем, уменьшается почти в 2 раза.
3. Исключение режимов пуска и торможения технологических агрегатов и комплексов в результате применения дополнительных механизмов с регулируемыми электроприводами, обеспечивающих совмещение движений основных механизмов в технологическом процессе для перевода их в непрерывные режимы работы. Рассмотрим этот метод на примерах роторно-конвейерной линии и непрерывного стана холодной прокатки.
Роторно-конвейерная линия, предназначена для сборки и контроля герметичности клапанов аэрозольных упаковок. Линия состоит из загрузочных (Р1, Р6... Р9), технологических (РЗ... Р5) и контрольных (Р2, РЗ) роторов, связанных между собой транс-портно-технологическими конвейерами I...III. Каждый ротор имеет ряд позиций, оснащенных однотипными устройствами для выполнения определенных операций, присущих ротору. В верхней части каждого загрузочного ротора расположен бункер для деталей одного наименования. Механизмы блокировки загрузочных и технологических устройств исключают возможность сборки клапана при отсутствии хотя бы одной комплектующей детали.
В бункер каждого загрузочного ротора засыпают детали. Из бункеров детали поступают в ориентирующие устройства, где получают необходимую ориентацию и выдаются в гнезда конвейера, который в течение короткого времени движется совместно с ротором. Последовательно огибая загрузочные роторы Р1, Р8, Р9, конвейер I получает в каждое гнездо карман К, в карман —пружину П, на пружину—шток Ш и перемещает их к ротору Р2 контроля (Ко) комплектности «карман—пружина—шток» (К-П-Ш).
В ротор РЗ конвейер I подает этот комплект. Одновременно конвейер II, огибая последовательно роторы Р6, Р7, подает в ротор РЗ комплект «ниппель—корпус» (Н—Кр). В роторе РЗ производится технологическое совмещение в результате обжатия (О) двух комплектов в один комплект. Собранный клапан транспортируется конвейером I к ротору вакуумирования (В) Р4, который переносит каждый клапан из гнезда конвейера I в гнездо конвейера III и осуществляет контроль герметичности клапана. Далее клапаны поступают в ротор Р5 выдачи клапанов.
Автоматизированные электроприводы 1... 72 обеспечивают синхронизированные движения всех роторов и конвейеров, заданную точность поддержания скорости и заданные соотношения скоростей и мгновенных положений гнезд конвейера с устройствами вьщачи роторов. Работа роторно-конвейерной линии происходит в соответствии с заданной программой, включающей в себя режимы автоматического управления скоростями и мгновенными положениями механизмов, выбора оптимальных условий работы линии.
Такие линии используются в крупносерийных производствах. Они обеспечивают высокую производительность и низкое электропотребление благодаря применению непрерывной конвейерной системы, при которой транспортные и технологические операции совмещены во времени и исключены прерывистые режимы для последовательного выполнения технологических операций.
Рассматривается стан холодной прокатки металлической полосы, в котором имеются режимы: пуска агрегатов до заправочной скорости, заправки полосы, пуска до номинальной скорости, рабочей прокатки, остановки агрегатов, смены рулона на размотке. Далее цикл повторяется. Перевод стана в непрерывный режим осуществляется введением в технологическую схему дополнительных агрегатов.
Основное механическое оборудование непрерывного стана холодной прокатки состоит из разматывателей Р1...РЗ, сварочной машины СМ, натяжных устройств НУ1...НУ4, петлевого накопительного устройства ПНУ, петлевой ямы ПЯ, гильотинных ножниц НГ, барабанных ножниц НБ, моталок Ml, М2, клетей К1... Кб и весов В для взвешивания прокатанных рулонов. Стан оснащен датчиками, электроприводами и исполнительными механизмами. Основными из них являются: электроприводы разматывателей Р1 и Р2, исполнительные механизмы сварочной машины, исполнительные механизмы головной части, электропривод разматывате-ля РЗ, главные электроприводы, обеспечивающие получение заданной частоты вращения рабочих валков клетей, датчики и измерительные устройства стана, электроприводы нажимных устройств, обеспечивающие получение заданного раствора валков клетей, исполнительные механизмы выходной части, электроприводы моталок.
В отличие от схемы прокатного стана, в данной имеется ряд дополнительных механизмов, обеспечивающих непрерывную («бесконечную») прокатку путем сваривания выходного конца предыдущего рулона с входным концом следующего рулона. На период задержки движения полосы в зоне сварки непрерывность работы клетей стана обеспечивается подачей полосы из петлевого накопительного устройства.
4. Использование адаптивных методов управления режимами электроприводов исполнительных органов технологических и транспортных машин для минимизации электропотребления при соблюдении заданных требований к производительности машин и качеству обработки вещества.
1.3.5. Применение правил устройства электроустановок к электроприводам
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) распространяются на вновь создаваемые и реконструируемые электроприводы и предназначены для обеспечения безопасной и безаварийной работы с ними.
В этой связи в ПУЭ сформулированы основные требования, предъявляемые к персоналу, эксплуатирующему электрооборудование, помещениям и самому электрооборудованию.
Правила устройства электроустановок разработаны с учетом обязательности проведения в условиях эксплуатации планово-предупредительных и профилактических испытаний, ремонтов электроустановок и электрооборудования, а также систематического обучения и проверки обслуживающего персонала в объеме требований действующих правил технической эксплуатации и правил техники безопасности.
Электроустановки по условиям электробезопасности разделяются ПУЭ на электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки напряжением выше 1 кВ.
Обслуживать электрооборудование должен квалифицированный персонал, прошедший проверку знаний в объеме, обязательном для данной работы (должности), и имеющий квалификационную группу по технике безопасности, предусмотренную Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок.
По степени опасности поражения людей электрическим током различаются:
помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность;
помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного или нескольких следующих условий, создающих повышенную опасность: сырость или токопроводящая пыль; токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.); высокая температура; возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, — с другой.
Применяемые в электроприводах электрооборудование и материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов или технических условий, утвержденных в установленном порядке.
Конструкция, исполнение, способ установки и класс изоляции применяемых машин, аппаратов, приборов и прочего электрооборудования, а также кабелей и проводов должны соответствовать параметрам сети или электроустановки, условиям окружающей среды и требованиям ПУЭ.
Электроприводы и связанные с ними конструкции должны быть стойкими к воздействию окружающей среды или защищены от этого воздействия, должны удовлетворять требованиям действующих директивных документов о запрещении загрязнения окружающей среды, вредного или мешающего влияния шума, вибрации и электрических полей.
В электроприводах должна быть обеспечена возможность легкого распознавания частей, относящихся к отдельным их элементам.
Буквенно-цифровое и цветовое обозначения одноименных шин в каждой электроустановке должны быть одинаковыми. Шины должны быть обозначены:
при переменном трехфазном токе шины фазы А — желтым цветом, фазы В — зеленым, фазы С — красным, нулевая рабочая шина N — голубым, эта же шина, используемая в качестве нулевой защитной, — продольными полосами желтого и зеленого цветов;
при переменном однофазном токе шина А, присоединенная к началу обмотки источника питания, — желтым цветом, шина В, присоединенная к концу обмотки, — красным. Шины однофазного тока, если они являются ответвлением от шин трехфазной системы, обозначаются как соответствующие шины трехфазного тока;
при постоянном токе положительная шина (+) — красным цветом, отрицательная (-) — синим;
резервная шина — как резервируемая основная шина; если же резервная шина может заменять любую из основных шин, то она обозначается поперечными полосами цвета основных шин.
При расположении шин в распределительных устройствах необходимо соблюдать ряд условий.
Безопасность обслуживающего персонала и посторонних лиц должна обеспечиваться следующими способами:
применение надлежащей изоляции, а в отдельных случаях — повышенной;
применение двойной изоляции;
соблюдение соответствующих расстояний до токоведущих частей или закрытие, ограждение токоведущих частей;
применение блокировки аппаратов и ограждающих устройств для предотвращения ошибочных операций и доступа к токоведу-щим частям;
надежное и быстродействующее автоматическое отключение частей электрооборудования, случайно оказавшихся под напряжением, и поврежденных участков сети, в том числе защитного отключения;
заземление или зануление корпусов электрооборудования и элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции;
выравнивание потенциалов;
применение разделительных трансформаторов;
применение напряжений 42 В и ниже переменного тока частотой 50 Гц и 110 В и ниже постоянного тока;
применение предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов;
применение устройств, снижающих напряженность электрических полей;
использование средств защиты и приспособлений, в том числе для защиты от воздействия электрического поля в электроустановках, в которых его напряженность превышает допустимые нормы.
Пожаро- и взрывобезопасность электроустановок, содержащих маслонаполненные аппараты и кабели, а также электрооборудования, покрытого и пропитанного маслами, лаками, битумами и т.п., обеспечивается выполнением требований, приведенных в ПУЭ.
Присоединение электроустановки к энергосистеме производится в соответствии с Правилами пользования электрической энергией.
Вновь созданные и реконструированные электроустановки и установленное в них электрооборудование должны быть подвергнуты приемосдаточным испытаниям и только после этого введены в промышленную эксплуатацию.
Электродвигатели и их коммутационные аппараты. Меры по обеспечению надежности питания должны выбираться в зависимости от категории ответственности электроприемников. Эти меры могут применяться не к отдельным электродвигателям, а к питающим их трансформаторам и преобразовательным подстанциям, распределительным устройствам и пунктам.
Если необходимо обеспечить непрерывность технологического процесса при выходе из строя электродвигателя, его коммутационной аппаратуры или линии, непосредственно питающей электродвигатель, резервирование следует осуществлять установкой резервного технологического агрегата или другими способами.
Электродвигатели и их коммутационные аппараты должны быть выбраны и установлены таким образом и в необходимых случаях обеспечены такой системой охлаждения, чтобы их температура при работе не превышала допустимую.
Вращающиеся части электродвигателей и части, соединяющие электродвигатели с механизмами (муфты, шкивы), должны иметь ограждения от случайных прикосновений.
Электродвигатели и их коммутационные аппараты должны быть заземлены или занулены в соответствии с требованиями ПУЭ.
Исполнение электродвигателей должно соответствовать условиям окружающей среды.
Выбор электродвигателей. Электрические и механические параметры электродвигателей (номинальные мощность, напряжение, частота вращения, относительная продолжительность рабочего периода, пусковой, минимальный, максимальный моменты, пределы регулирования частоты вращения и т.п.) должны соответствовать параметрам приводимых ими механизмов во всех режимах их работы в данной установке.
Для механизмов, поддержание работы которых после кратковременных перерывов подачи питания или понижения напряжения, обусловленных отключением в результате КЗ, действием АГТВ или АВР, необходимо по технологическим условиям и допустимо по условиям техники безопасности, должен быть обеспечен самозапуск их электродвигателей.
Для приводов механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности рекомендуется применять синхронные электродвигатели или асинхронные с корот-козамкнутым ротором.
Для приводов механизмов, имеющих тяжелые условия пуска или работы либо требующих изменения частоты вращения, следует применять электродвигатели с наиболее простыми и экономичными методами пуска или регулирования частоты вращения, возможными в данной установке.
Синхронные электродвигатели, как правило, должны иметь устройства форсирования возбуждения или компаундирования.
Электродвигатели постоянного тока допускается применять только в тех случаях, когда электродвигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма или неэкономичны.
Электрические машины выпускаются в защитных оболочках, обеспечивающих защиту обслуживающего персонала, а также самой машины от попадания в нее посторонних предметов. Для обозначения степени защиты применяются латинские буквы IP и следующие за ними две цифры. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями или приближения к ним и от соприкосновения с движущимися частями, расположенными внутри оболочки, а также степень защиты машины от попадания внутрь нее твердых посторонних тел. Вторая цифра обозначает степень защиты от попадания воды.
Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях с нормальной средой, как правило, должны иметь исполнение IP00 или IP20. Электродвигатели, устанавливаемые на открытом воздухе, должны иметь исполнение не менее IP44 или специальное, соответствующее условиям их работы. Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях, где возможно оседание на их обмотках пыли и других веществ, нарушающих естественное охлаждение, должны иметь исполнение не менее IP44 или продуваемое с подводом чистого воздуха. Корпус продуваемого электродвигателя, воздуховоды и все сопряжения и стыки должны быть тщательно уплотнены для предотвращения притока воздуха в систему вентиляции.
Электродвигатели, устанавливаемые в сырых или особо сырых местах, должны иметь исполнение не менее IP43 и изоляцию, рассчитанную на действие влаги и пыли (со специальной обмазкой, влагостойкую и т.п.).
Электродвигатели, устанавливаемые в местах с химически активными парами или газами, должны иметь исполнение не менее IP44 или продуваемое с подводом чистого воздуха при соблюдении требований, приведенных в ПУЭ. Допускается также применение электродвигателей исполнения не менее IP33, но с химически стойкой изоляцией и с закрытием открытых неизолированных токоведущих частей колпаками или другим способом.
Для электродвигателей, устанавливаемых в помещениях с температурой воздуха более плюс 40 °С, должны выполняться мероприятия, исключающие возможность их недопустимого нагревания. При замкнутой принудительной системе вентиляции электродвигателей следует предусматривать приборы контроля температуры воздуха и охлаждающей воды.
Установка электродвигателей. Электродвигатели должны быть выбраны и установлены так, чтобы исключалась возможность попадания на их обмотки и токосъемные устройства воды, масла, эмульсии и т.п., а вибрация оборудования, фундаментов и частей здания не превышала допустимых значений.
Шум, создаваемый электродвигателем совместно с приводимым им механизмом, не должен превышать уровня, допускаемого санитарными нормами.
Проходы между фундаментами или корпусами электродвигателей, электродвигателями и частями здания или оборудования должны быть не менее указанных в ПУЭ.
Электродвигатели напряжением выше 1 кВ разрешается устанавливать непосредственно в производственных помещениях, соблюдая определенные условия.
Кабели и провода, присоединяемые к электродвигателям, установленным на виброизолирующих основаниях, на участке между подвижной и неподвижной частями основания должны иметь гибкие медные жилы.
Коммутационные аппараты. Для группы электродвигателей, служащих для привода одной машины или ряда машин, осуществляющих единый технологический процесс, следует, как правило, применять общий аппарат или комплект коммутационных аппаратов, если это оправдывается требованиями удобства или безопасности эксплуатации. В остальных случаях каждый электродвигатель должен иметь отдельные коммутационные аппараты.
Коммутационные аппараты в цепях электродвигателей должны отключать от сети одновременно все проводники, находящиеся под напряжением. В цепи отдельных электродвигателей допускается иметь аппарат, отключающий не все проводники, если в общей цепи группы таких электродвигателей установлен аппарат, отключающий все проводники.
При наличии дистанционного или автоматического управления электродвигателем какого-либо механизма вблизи последнего должен быть установлен аппарат аварийного отключения, исключающий возможность дистанционного или автоматического пуска электродвигателя до принудительного возврата этого аппарата в исходное положение.
Не требуется устанавливать аппараты аварийного отключения у следующих механизмов:
расположенных в пределах видимости с места управления;
доступных только квалифицированному обслуживающему персоналу (например, вентиляторы, устанавливаемые на крышах, вентиляторы и насосы, устанавливаемые в отдельных помещениях);
конструктивное исполнение которых исключает возможность случайного прикосновения к движущимся и вращающимся частям;
имеющих аппарат местного управления с фиксацией команды на отключение.
Цепи управления электродвигателями допускается питать от главных цепей и других источников электроэнергии, если это вызывается технической необходимостью.
Во избежание внезапных пусков электродвигателя при восстановлении напряжения в главных цепях должна быть предусмотрена блокировочная связь, обеспечивающая автоматическое отключение главной цепи во всех случаях исчезновения напряжения в ней, если не предусматривается самозапуск.
Коммутационные аппараты должны коммутировать наибольшие токи нормальных режимов работы управляемого ими электродвигателя (пусковой, тормозной, реверса, рабочий). Коммутационные аппараты должны быть стойкими к расчетным токам КЗ.
Включение обмоток магнитных пускателей, контакторов и автоматических выключателей в сети напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью может производиться на междуфазное или фазное напряжение. При включении обмоток указанных выше аппаратов на фазное напряжение должно быть предусмотрено одновременное отключение всех трех фаз ответвления к электродвигателю автоматическим выключателем, а при защите предохранителями — специальными устройствами, действующими на отключение пускателя или контактора при сгорании предохранителей в одной или любых двух фазах.
Коммутационные аппараты электродвигателей, питаемых по схеме блока «трансформатор —электродвигатель», следует, как правило, устанавливать на вводе от сети, питающей блок, без установки их на вводе к электродвигателю.
Пуск асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных электродвигателей должен производиться, как правило, непосредственным включением в сеть (прямой пуск). При невозможности прямого пуска следует применять пуск через реактор, трансформатор или автотрансформатор. В особых случаях допускается применение пуска с подъемом частоты сети от нуля.
Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ (асинхронных, синхронных и постоянного тока). Для электродвигателей переменного тока должна предусматриваться защита от многофазных замыканий, в сетях с глухозаземленной нейтралью — и от однофазных замыканий, а также защита от токов перегрузки и от снижения напряжения. На синхронных электродвигателях (при невозможности вхождения в режим синхронизма с полной нагрузкой) дополнительно должна предусматриваться защита от асинхронного режима.
Для электродвигателей постоянного тока должна предусматриваться защита от КЗ. При необходимости дополнительно можно устанавливать защиту от перегрузки и чрезмерного повышения частоты вращения.
Для защиты электродвигателей от КЗ должны применяться предохранители или автоматические выключатели, которые выбирают так, чтобы обеспечивалось надежное отключение при КЗ на зажимах электродвигателя и чтобы электродвигатели при нормальных для данной электроустановки пульсациях тока (пиках технологических нагрузок, пусковых токах, токах самозапуска и т.п.) не отключались этой защитой. С этой целью для электродвигателей механизмов с легкими условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски и т.п.) это отношение должно быть равным 2,0... 1,6.
Допускается осуществление защиты от КЗ одним общим аппаратом для группы электродвигателей при условии, что эта защита обеспечивает термическую стойкость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузок в цепи каждого электродвигателя данной группы.
Защита электродвигателей от перегрузки должна устанавливаться в случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также когда при особо тяжелых условиях пуска или самозапуска необходимо ограничить длительность пуска при пониженном напряжении. Защита должна выполняться с выдержкой времени и может быть осуществлена тепловым реле или другими устройствами.
Применение защиты от перегрузки не требуется для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы.
Защита от снижения напряжения должна устанавливаться в следующих случаях: для электродвигателей постоянного тока, которые не допускают непосредственного включения в сеть; для электродвигателей механизмов, самозапуск которых после останова недопустим по условиям технологического процесса или безопасности; для части прочих электродвигателей в соответствии с условиями, приведенными в ПУЭ.
Для ответственных электродвигателей, в которых необходим самозапуск, если они включаются при помощи контакторов и пускателей с удерживающей обмоткой, в цепи управления должны применяться механические или электрические устройства выдержки времени, обеспечивающие включение электродвигателя при восстановлении напряжения в течение заданного времени.
Для синхронных электродвигателей защита от асинхронного режима должна, как правило, осуществляться с помощью защиты от перегрузки по току статора.
Защита от КЗ в электродвигателях переменного и постоянного тока должна предусматриваться:
в электроустановках с заземленной нейтралью — во всех фазах или полюсах;
в электроустановках с изолированной нейтралью: при защите предохранителями — во всех фазах или полюсах; при защите автоматическими выключателями — не менее чем в двух фазах или одном полюсе, при этом в пределах одной и той же электроустановки защиту следует осуществлять в одних и тех же фазах или полюсах.
Защита электродвигателей переменного тока от перегрузок должна выполняться: в двух фазах при защите электродвигателей от КЗ предохранителями; в одной фазе при защите электродвигателей от КЗ автоматическими выключателями.
Защита электродвигателей постоянного тока от перегрузок должна выполняться в одном полюсе.
Аппараты защиты электродвигателей должны удовлетворять требованиям, изложенным в ПУЭ.