Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ





 

 

2.1. Электрические аппараты

 

 

Электрический аппарат – это электротехническое устройство, которое используют для отключения и включения электрических цепей, защиты, управления и регулирования установок, участвующих в получении, преобразовании, распределении и потреблении электроэнергии, а также производящих контроль и измерения основных параметров указанных установок, преобразования неэлектрических величин в электрические и создания магнитного поля определенной конфигурации в заданном объеме.

По номинальному напряжению электрические аппараты подразделяются на аппараты низкого напряжения (до 1 000 В) и высокого напряжения (более 1 000 В). В системах электроснабжения наибольшее распространение получили высоковольтные аппараты, которые по функциональному признаку можно разделить на следующие виды:

коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разьединители, короткозамыкатели, отделители, предохранители);

измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);

ограничивающие аппараты (реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);

компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы).

Отдельную группу составляют контролирующие аппараты (реле, датчики), которые используются для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. У реле плавное изменение входной (контролируемой величины) вызывает при определенных значениях скачкообразное изменение выходной величины. Датчики преобразуют непрерывно изменяющийся электрический или неэлектрический сигнал в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной.

Компенсирующие аппараты предназначены для компенсации избыточной зарядной мощности в режиме малых нагрузок, когда по линии электропередач передается мощность меньше номинальной. Для достижения этой цели компенсирующие аппараты включаются между землей и токоведущими элементами.

Значительно более обширный класс промышленных устройств охватывают электрические аппараты первых трех групп приведенной классификации. В связи с широким распространением в системах электроснабжения этих электрических аппаратов целесообразно охарактеризовать их подробнее.

 

 

2.1.1. Коммутационные аппараты

 

Выключатели предназначены для включения и отключения токоведущих элементов электроэнергетических систем в нормальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока короткого замыкания) режимах и тем самым для предотвращения аварий в электроэнергетических системах.

Выключатели характеризуются следующими электрическими параметрами: Uном - номинальным напряжением; Iном – номинальным током; Iоткл ном – номинальным током отключения; Sоткл ном – номинальной мощностью отключения; Iвкл ном – номинальным током включения; iпр скв – предельным сквозным током; Iт – током термической стойкости; tс в. – собственным временем отключения; tо.в. – временем отключения.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие виды выключателей:

масляные (многообъемные и малообъемные) для распределительных устройств (РУ) напряжением до 220 кВ включительно;

воздушные для РУ напряжением 110 кВ и выше (до 1150 кВ);

вакуумные на напряжение до 35 кВ включительно;

элегазовые для герметичных распределительных устройств и для наружной установки;

электромагнитные на напряжение 6 и 10 кВ.

тиристорные и другие.

Обозначение выключателей: В – выключатель; В (вторая) – воздушный или вакуумный; ОА – для АЭС; Б – баковый; У – усиленный по скорости восстановления напряжения; М – масляный или маломасляный; М (вторая) – маломасляный (ВММ); Н – наружной установки; Г – генераторный или с горшковым исполнением полюсов (МГГ); П – подвесное исполнение полюсов, с пружинным приводом (ВПМП, ВМПП) или вариант исполнения(ВВТП); Э – электромагнитный или вариант исполнения (ВВТЭ); Э (второе) – с электромагнитным приводом; С – сейсмостойкий; К – колонковый (ВК, ВКЭ) или для КРУ; Т – трехполюсный (ВВТЭ, ВВТП); первое число – номинальное напряжение, киловольт (кВ); второе число – номинальный ток, ампер (А); третье число – номинальный ток отключения, килоампер (кА).

Условное обозначение, например, выключателя ВМПЭ–10–630–20 расшифровывается следующим образом: выключатель маломасляный с подвесным исполнением полюсов; Э – вариант исполнения, Uном = 10 кВ, Iном = 630 А, Iоткл.ном = 20 кА.

Выключатели нагрузки предназначены для отключения токов до 800 А. Кроме того, выключатели нагрузки применяются на тупиковых подстанциях небольшой мощности, в кольцевых линиях, когда применение выключателей оказывается неэкономичным. Существенно меньшие токи, отключаемые выключателями нагрузки, определяют значительное упрощение их конструкции и снижение массогабаритных показателей по сравнению с выключателями.

Обозначение выключателей нагрузки: В – выключатель; Н – нагрузки; Р – с ручным приводом; П – с пружинным приводом; п – со встроенным предохранителем; у – с усиленной контактной системой; К – устройство комплектное; АГ – конструктивное исполнение; в числителе – номинальное напряжение, киловольт (кВ); в знаменателе - номинальный ток, ампер (А); третье число - номинальное значение периодической составляющей, сквозного тока короткого замыкания, килоампер (кА); з – с заземляющими ножами, п – заземляющие ножи расположены за предохранителем.

Условное обозначение, например, выключателя ВНРп–10/400–10з расшифровывается следующим образом: выключатель нагрузки с ручным приводом со встроенным предохранителем, Uном = 10 кВ, Iном = 400 А, Iскв = 10 кА, c заземляющими ножами.

Разъединители применяются для коммутации обесточенных с помощью выключателей участков токоведущих систем, для переключения присоединений распределительных устройств с одной ветви на другую без перерыва тока и для коммутации очень малых токов ненагруженных силовых трансформаторов и коротких линий.

По конструктивному исполнению различают разъединители:

внутренней установки (РВ);

наружной установки (РН);

однополюсные (РВО);

двухколонковые, поворотного типа (РНД);

с заземляющим ножом (РНДЗ);

Обозначение разъединителей: Р – разъединитель (рубящего типа, если Р стоит не вначале); В – или внутренней установки, или вертикально – поворотный (серия РНВ); Н – наружной установки; Л – линейный; О - однополюсный; Д – двухколонковый; К – коробчатого профиля; Ф – фигурное исполнение; З – с заземляющими ножами; У – усиленный; П – с поступательным движением главных ножей (серия РВП); или подвесной (серия РП, РПД); Т – телескопический (серия РТЗ); цифры 1 и 2, стоящие после точки или после первого дефиса, обозначают число заземляющих ножей; числа перед дробной чертой и за дробной чертой – соответственно номинальное напряжение, киловольт (кВ) и номинальный ток, ампер (А).

Условное обозначение, например, разъединителя РНДЗ.1–110/3200 расшифровывается следующим образом: разъединитель для наружной установки, двухколонковый с одним заземляющим ножом, Uном = 110 кВ, Iном = 3200 А.

Отделители служат для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Они похожи на разъединители, но снабжены быстродействующим приводом.

Обозначение отделителя: О – отделитель; Д – двухколонковый; З – заземляющие ножи; цифры 1 и 2 после дефиса – число заземляющих ножей; Б – категория изоляции; в числителе – номинальное напряжение (кВ), в знаменателе – номинальный ток (А).

Условное обозначение, например, отделителя ОДЗ–1–110/1000 расшифровывается следующим образом: отделитель двухколонковый, с одним заземляющим ножем, Uном = 110 кВ, Iном=1000 А.

Короткозамыкательслужит для создания короткого замыкания в цепи высокого напряжения. По конструкции он сходен с заземляющим устройством разъединителя, но снабжен быстродействующим приводом.

Обозначение короткозамыкателей: К или КЗ – короткозамыкатель; О – однополюсный; Р – рубящего типа; Н – наружной установки; М – модер-низированный; У или Б – усиленная изоляция; число после дефиса – номинальное напряжение (кВ).

Условное обозначение, например, короткозамыкателя КРН–35 расшифровывается следующим образом: короткозамыкатель рубящего типа, наружной установки, Uном = 35 кВ.

Предохранитель предназначен для отключения защищаемой цепи посредством расплавления и испарения специально предусмотренных для этого токоведущих элементов под действием тока, превышающего определенные значения, с последующим гашением возникшей электрической дуги.

Плавкие предохранители высокого напряжения предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения.

Токоограничивающие предохранителис мелкозернистым наполнителем применяются на напряжение 3 – 35 кВ с номинальным током 2 – 1 000 А и током отключения от 2,5 до 63 кА.

Выхлопные предохранители переменного тока применяются на напряжение 6 – 220 кВ с номинальным током 2 – 200 А и током отключения от 1,6 до 20 кА.

Обозначение предохранителей: П – предохранитель; К – кварцевый; В – выхлопной; Т – для защиты силовых трансформаторов и линий; Н – для трансформаторов напряжения; цифры после букв обозначают конструктивные особенности предохранителей, после первого дефиса – номинальное напряжение (кВ) или наибольшее рабочее напряжение (для предохранителей климатического исполнения Т), номинальный ток предохранителя, номинальный ток отключения.

Условное обозначение, например, предохранителя ПКТ101–24–2–12.5 расшифровывается следующим образом: предохранитель кварцевый для защиты силовых трансформаторов и линий, с параметрами Uнб.раб = 24 кВ, Iном = 2 А, Iоткл = 12.5 кА, Uном = 20 кВ.

2.1.2. Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН)

 

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) используются для преобразования и передачи электрических сигналов из первичной (силовой) во вторичную (слаботочную) цепь. В результате цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от слаботочных цепей измерительных приборов, а измеряемые величины приобретают стандартные значения, удобные для измерения и безопасные для обслуживающего персонала. Так как слаботочная цепь используется для управления оборудованием силовой цепи, то выходные сигналы измерительных аппаратов подаются обычно на обмотки реле и измерительные приборы.

Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи, контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики невозможно технически или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Основное требование к измерительным трансформаторам - передача информации с минимально возможными искажениями. Наиболее распространенными являются электромагнитные ТТ и ТН, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непосредственно в цепь высокого напряжения последовательно ТТ либо параллельно ТН, и одну или несколько вторичных обмоток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5 А или 1 А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН обычно 100 В.

 

2.1.3. Токоограничивающие аппараты

 

Токоограничивающие аппараты используются для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания (значительное возрастание тока) и перенапряжения являются аварийными, поэтому указанные аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последовательно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия ограничения тока КЗ в цепях 6 – 10 кВ до уровня, при котором обеспечивается динамическая и термическая стойкость коммутационных аппаратов (когда их параметры недостаточны для работы без реакторов), а также термическая стойкость защищаемых кабелей. При малых токах (вплоть до номинального) падение напряжения на реакторе обычно не превышает 3 – 10 % номинального напряжения. При КЗ на линии, защищаемой реактором, напряжение на соседней линии не должно быть меньше, чем на 25 %, по сравнению с доаварийным режимом.

Разрядники служат для ограничения атмосферных и внутренних перенапряжений. Основным элементом разрядников является искровой промежуток, отделяющий токоведущий элемент установки от заземляющего контура. При перенапряжении происходит пробой искрового промежутка и срез волны перенапряжения. В функцию разрядника входит также гашение дуги сопровождающего тока, протекающего через искровой промежуток вслед за импульсным пробоем.

В схеме защиты от перенапряжений применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые.

Вентильные разрядникипредназначены для защиты от перенапряжений изоляции трансформаторов и аппаратуры напряжением выше 1 кВ подстанций.

Трубчатые разрядникипредназначены для защиты линейной изоляции и являются вспомогательными в схемах защиты подстанций.

2.2. Силовые трансформаторы

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки, предназначенные для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Автотрансформатором называется трансформатор, в котором помимо индуктивной (магнитной) связи между обмотками, существует еще и электрическая связь. По сравнению с трансформаторами, автотрансформатор имеет следующие преимущества: более высокий КПД, меньшие размеры, расход активных материалов и стоимость, однако имеющиеся недостатки автотрансформаторов делают целесообразным их применение при коэффициенте трансформации (отношение первичного напряжения ко вторичному при разомкнутой вторичной обмотке).

Вторичные системы переменного тока в общем случае могут отличаться от первичной значениями напряжения и тока, числом фаз, частотой и т. д. В электротехнике наибольшее применение получили силовые трансформаторы, которые преобразовывают переменный ток с одной ступени напряжения на другую. При этом число фаз и частота остаются неизменными. В зависимости от назначения силовые трансформаторы подразделяются на силовые трансформаторы общего назначения и трансформаторы специального назначения. Первая группа силовых трансформаторов широко применяется в системах электроснабжения при передаче и распределении электроэнергии.

Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением, числом фаз, числом обмоток, схемой соединения обмоток и способом охлаждения. Все трансформаторы выпускаются согласно стандартной шкале напряжений и стандартной шкале мощностей. По числу фаз трансформаторы разделяются на однофазные и трехфазные. По числу обмоток трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотка низшего напряжения может состоять из двух параллельных ветвей, изолированных друг от друга. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой и предназначены для ограничения токов КЗ. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения трехобмоточных трансформаторов принято обозначать соответственно ВН, СН, НН. Схема соединения обмоток трансформаторов может иметь несколько вариантов. Для однофазных двухобмоточных трансформаторов схема соединения обмоток обозначается 1/1 и имеет группу соединения 0 (группа соединения – это угол рассогласования между векторами линейных ЭДС первичной и вторичной обмоток). Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются по схемам: звезды (Y), звезды с выведенной нулевой точкой (Yо ), треугольника (D) – и имеют группу соединения либо 0, либо 11.

По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. В сухих трансформаторах основной изоляцией является твердый диэлектрик, а охлаждающей средой воздух. В масляных трансформаторах основной изолирующей и теплоотводящей средой является трансформаторное масло.

Обозначение трансформаторов:

1. Вид трансформатора: А – автотрансформатор; без обозначения – трансформатор.

2. Число фаз: О – однофазный; Т – трехфазный.

3. При наличии расщепленной обмотки низшего напряжения: Р – с расщепленной обмоткой.

4. Вид охлаждения: С – естественное воздушное; М – естественное масляное; Д – масляное с дутьем и с естественной циркуляцией масла; ДЦ – масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла; МВ – масляно-водяное с естественной циркуляцией масла; Ц – масляноводяное с принудительной циркуляцией масла.

5. Число обмоток: Т – трехобмоточный; без обозначения – двухобмоточный.

6. Вид переключения ответвлений: Н – при выполнении одной из обмоток с устройством регулирования под напряжением (РПН); без обозначения – переключение без возбуждения (ПБВ).

7. Особенность исполнения: Г – грозоупорное; З – защищенное; У – усовершенствованное; Л – с литой изоляцией.

8. Область применения: Ж – для электрификации железных дорог; С – для собственных нужд электростанций; без обозначения - общепромышленного назначения.

9. Номинальная мощность, киловольт–ампер (кВ·А).

10. Класс напряжения, киловольт кВ: обмотки ВН – для двухобмоточных трансформаторов; обмотки ВН и СН – для трехобмоточных трансформаторов.

11. Климатическое исполнение согласно стандарту.

Обозначение автотрансформатора АТДЦТН–250000/220/110–У1, приведенного в качестве примера, расшифровывается следующим образом: автотрансформатор, трехфазный, с дутьем, с принудительной циркуляцией масла и воздуха, трехобмоточный, с устройством РПН, мощность – 250 000 кВ×А, напряжение обмотки: ВН – 220 кВ; СН – 110 кВ, для умеренного климата, первая категория размещения. ТРДНС–25000/35 – трехфазный, с расщепленной обмоткой, с дутьем и с естественной циркуляцией масла, двухобмоточный, с устройством РПН, для собственных нужд электростанций, мощность 25 000 кВ×А, напряжение обмотки: ВН – 35 кВ.

 

2.3. Кабельные линии электропередач

 

Для передачи электрической энергии используют воздушные или кабельные линии. Основным элементов воздушных линий являются провода, которые в большинстве случаев выполняются многопроволочными аллюминиевыми, стальными и сталеалюминиевыми. Провода подвешивают (закрепляют) на фарфоровых или стеклянных изоляторах (для предотвращения короткого замыкания или пробоя между проводами), которые, в свою очередь, укрепляются на металлических, железобетонных (линии с напряжением свыше тысячи вольт) или деревянных опорах (линии с напряжением до тысячи вольт). Воздушные линии относительно дешевы и прокладываются вдали от зданий и сооружений. В больших городах на территории промышленных предприятий преимущественно используют кабельные линии, так как они значительно безопасней воздушных и менее подвержены возможности повреждения.

Кабельные линии дороже воздушных, но их применяют там, где по ряду обстоятельств воздушные линии использовать затруднительно (внутри зданий, на улицах городов, на территории промышленных предприятий и т.д.)

Кабельной линией называется линия для передачи энергии или отдельных ее импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей.

Кабелем называется многопроволочный провод или несколько скрученных вместе взаимоизолированных проводов (жил), помещенных в общую герметическую оболочку. Поверх оболочки могут быть наложены защитные покровы.

Основные конструктивные элементы кабеля:

1) токопроводящие жилы;

2) изоляция;

3) защитные оболочки и покровы.

Токопроводящие жилыпредназначены для направления потоков электрической энергии в кабеле.

Для большей гибкости при необходимости жилы изготавливаются не из одного проводника, а из нескольких, скрученных вместе. Материалом токоведущих жил является медь или алюминий. По числу жил различают кабели одно-, двух-, трех- и четырехжильные.

Изоляция отделяет токопроводящие жилы друг от друга и от наружной металлической оболочки (если она имеется).

В качестве изолирующего материала применяются: бумага, пропитанная компаундом; резина; пластмасса. Поверх изоляции кабель опрессовывается бесшовной оболочкой из алюминия или свинца, чтобы в изоляцию не попала влага. Для защиты от механических повреждений кабель покрывают броней из стальной ленты. На напряжение 110 кВ и выше кабели выполняются маслонаполненными.

Обозначение маслонаполненных кабелей:

1) М – маслонаполненный с медной жилой;

2) Н – давление масла низкое. ВД – давление масла высокое;

3) C – оболочка свинцовая. А – оболочка алюминиевая. Аг – алюминиевая гофрированная;

4) А – покров асфальтированный. К – покров бронированный круглыми проволоками. Кл – покров бронированный круглыми проволоками, с усиленной подушкой у защитного покрова;

5) Шв - шланг из поливинилхлорида. Шву – то же с усиленным защитным слоем;

6) Т – прокладываемый в трубопроводе.

Обозначение кабелей с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой:

1) без обозначения – изоляция обыкновенная, Ц – пропитанная нестекающим составом;

2) без обозначения – жила медная, А – жила алюминиевая;

3) без обозначения – изолированные жилы совместно, О – то же отдельно;

4) С – оболочка свинцовая, А – оболочка алюминиевая;

5) Г – без наружного покрова, Б, Бл, Б2л, Бн, Пн, К, Шв, Шпс – тип покрова;

6) У – усовершенствованный.

Обозначение кабелей с пластмассовой изоляцией:

1) без обозначения - жила медная, А - жила алюминиевая;

2) П,Пс,Пв,В,А - оболочка из полиэтилена, самозатухающего и вулканизированного полиэтилена, поливинилхлорида, алюминия;

3) Бб - бронированный;

4) Г - без наружного покрова;

5) Шв - шланг из поливинилхлорида.

Условное обозначение, например, кабеля МНАШв расшифровывается следующим образом: кабель маслонаполненный с медной жилой, давление масла низкое, оболочка алюминиевая, шланг из поливинилхлорида.

ААШвУ – кабель с бумажной изоляцией, изоляция обыкновенная, жила алюминиевая, изолированные совместно, оболочка алюминиевая, шланг из поливинилхлорида, усовершенствованный. АВВГ - кабель с пластмассовой изоляцией, жила алюминиевая, оболочка из поливинилхлорида, без наружного покрова.

 

 

2.4. Электрические машины

 

Промышленные предприятия потребляют более 70 % вырабатываемой в стране электроэнергии. В зависимости от вида потребляемого тока все потребители электрической энергии могут быть трехфазного переменного тока напряжением до тысячи вольт, частотой 50 Гц, трехфазного переменного тока напряжением свыше тысячи вольт, частотой 50 Гц, однофазного переменного тока напряжением до тысячи вольт, частотой 50 Гц, однофазного переменного тока напряжением свыше тысячи вольт, частотой 50 Гц. Все приемники электрической энергии условно можно разделить на следующие основные группы.

1. Электрические двигатели.

2. Электротехнологические установки.

3. Электротермическое оборудование.

4. Электрический транспорт.

5. Электрическая сварка.

6. Электрическое освещение.

Рассмотрим одну из наиболее важных и распространенных групп - электрические машины.

Электрические машины - это электромеханические преобразователи, в которых механическая энергия превращается в электрическую или, наоборот, электрическая – в механическую.

Те электрические машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, называются электрическими генераторами, а машины, в которых совершается обратное преобразование, называются электрическими двигателями. Электрические машины классифицируются по роду тока и принципу действия. По роду тока они подразделяются на машины постоянного тока и машины переменного тока. Особенностью большинства машин постоянного тока является наличие у них специального механического переключающего устройства – коллектора. Машины переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. В тех и других машинах возникает вращающееся магнитное поле. Электрические машины применяются для преобразования рода тока, частоты, числа фаз переменного тока и т.д.

Электрические машины выпускаются на различные мощности от долей ватта до нескольких десятков и сотен тысяч киловатт. Их обычно подразделяют на микромашины, машины малой мощности, машины средней мощности и машины большой мощности. В настоящее время нет строгих границ разделения электрических машин по мощности. Условно можно принять: микромашины до 500 Вт; машины малой мощности – от 0,5 до 10 кВт; машины средней мощности – от 10 до 200 кВт; машины большой мощности – от 200 кВт и выше.

 

 

2.4.1. Машины постоянного тока

 

Машины постоянного тока подключаются к сети постоянного тока. В автономных системах машина постоянного тока является источником постоянного тока в генераторном режиме, а в режиме двигателя потребляет энергию от источника постоянного тока. В машинах постоянного тока преобразование постоянного тока в многофазный переменный ток осуществляется механическим преобразователем частоты - коллектором. Собственно к машинам постоянного тока и относятся коллекторные машины постоянного тока.

Двигатели постоянного тока обеспечивают большие пределы регулирования частоты вращения при высоких энергетических показателях и механических характеристиках, удовлетворяющих требованиям большинства механизмов. Двигатели постоянного тока используются на транспорте (электровозы, тепловозы, трамвай, троллейбус, в станках, прокатных станах, кранах и т.д.). Двигатели постоянного тока широко применяются также в авиации, автомобилях, космической технике. Они могут получать питание от аккумуляторных батарей и солнечных элементов. Многие автономные энергетические системы - системы постоянного тока.

Генераторы постоянного тока применяются для питания электролизных и гальванических установок и питания обмоток возбуждения синхронных машин. Во многих автономных установках генераторы постоянного тока вырабатывают большую часть мощности, необходимую для обеспечения электродвижения судов, тепловозов и других передвижных установок.

В настоящее время электрические машины общего назначения выпускаются в виде серий, охватывающих определенный диапазон мощностей, частот вращений и напряжений.

Для широко регулируемых электроприводов с диапазоном регулирования частоты вращения до 1 : 2000 выпускаются двигатели серии ПБС (без встроенного тахогенератора) и ПБСТ (с тахогенератором). Двигатели предназначены для станкостроения. Они выпускаются в закрытом исполнении (IP44) с естественным охлаждением.

Электродвигатели серии ПГ (без тахогенератора) и ПТГ (с тахогенератором) предназначены для работы в быстродействующих следящих и широкорегулируемых электроприводах металлорежущих станков и других рабочих машин. Режим работы – продолжительный, возбуждение независимое. Номинальные мощности – от 1 до 9 кВт. Частота вращения 3000 об/мин.

Двигатели серий ПВ, ДК1, ДП, ДПУ, ПЯ – 250Ф с возбуждением от постоянных магнитов предназначены для работы в широкорегулируемых приводах подач металообратывающих станков. Двигатели допускают большие перегрузки по моменту.

Машины серий ПВ и ДК1 выполняются с пазовым якорем, машины серии ДП - с полым якорем и машины серий ДПУ и ПЯ - 250Ф с дисковым якорем.

Существуют также серии двигателей для электрического транспорта, крановых двигателей, мощных двигателей для прокатных станов, для судов и др. В настоящее время осваивается новая серия машин постоянного тока - 4П, она имеет улучшенные массогабаритные показатели. У всех машин серии 4П имеется распределенная компенсационная обмотка, а магнитопроводы статора и якоря у них выполняются шихтованными.

Основной серией машин постоянного тока общего назначения, которые выпускает в настоящее время отечественная промышленность, является серия 2П (диапазон мощностей от 0,37 до 200 кВт) с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Электродвигатели с независимым возбуждением нашли наибольшее применение, т.к. у них наиболее просто регулируется частота вращения, а высокая жесткость механической характеристики обеспечивает устойчивую работу при колебаниях момента нагрузки.

Шкала номинальных частот вращения серии двигателей базируется на синхронных частотах вращения двигателей переменного тока при частоте сети 50 Гц – 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин. Кроме того, введена частота вращения 2200 об/мин для уменьшения разрыва между частотами 3000 и 1500 об/мин. Частота вращения электродвигателей может регулироваться как изменением напряжения якорной цепи, так и уменьшением тока возбуждения.

По степени защиты от воздействия окружающей среды двигатели серии 2П имеют два исполнения: IP 22 и IP 44. Первое из них соответствует защищенному исполнению, а второе – закрытому. Двигатели в защищенном исполнении выполняются с самовентиляцией (2ПН) и с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора (2ПФ). При закрытом исполнении применяют естественное охлаждение (2ПБ) и охлаждение с наружным обдувом (2ПО). В машинах серии 2П применяется аксиальная система вентиляции. Машины со степенью защиты IP 22 имеют внутри центробежный реверсивный вентилятор, посаженный на вал якоря со стороны, противоположной коллектору.

В современных сериях размером, определяющим габарит машины, является высота оси вращения. За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины. С этим размером жестко связаны установочные и присоединительные размеры машины. Для каждой серии существует увязка мощности с высотой оси вращения, установочными и присоединительными размерами.

Машины серии 2П выполняются с высотой оси вращения от 80 до 315 мм. Условно длина корпуса машины обозначается буквами: S – малая, М – средняя, L – длинная.

Генераторы постоянного тока серии 2П изготовляются только в защищенном исполнении с самовентиляцией. Возбуждение генераторов – смешанное, параллельное или независимое. Номинальное напряжение генераторов – 115; 230; 460 В, частота вращения – 1000, 1500 и 3000 об/мин. Генераторы выполняются с направлением вращения против часовой стрелки со стороны коллектора. Для зарядки аккумуляторных батарей предусмотренно исполнение генераторов с регулированием напряжения в пределах 110 – 160 и 220 – 320 В. Режим работы машин серии 2П – продолжительный. Средний срок службы – 12 лет, средний ресурс – 30 000 ч.

Структура обозначений применяемых для машин серии:

 

2ПX ХХХ Х Х ХХХХ

1 2 3 4 5 6 ,

где 1 – наименование серии (2П);

2 – исполнение по способу защиты и вентиляции (Н, Ф, Б, О);

3 – высота оси вращения;

4 – условная длина (М,L);

5 – наличие встроеного тахогенератора (Г - наличие тахогенератора, при отсутствии буква Г не ставится);

6 – климатическое исполнение и категория размещения (по ГОСТ 15150 – 69).

Например, обозначение 2ПН280МГУХЛ4 означает, что двигатели серии 2П защищенного исполнения с самовентиляцией, имеют высоту оси вращения 280 мм, условную длину М и встроеный тахогенератор. Двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным и холодным климатом и имеет категорию размещения 4.

 

2.4.2. Машины переменного тока

 

2.4.2.1. Асинхронные машины

 

Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 миллионов.

Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год. Электромеханическая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей.

Предельная мощность асинхронного двигателя - несколько десятков мегаватт. Частота вращения электродвигателей общего назначения - от 3 000 до 500 об/мин.

В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных, как и в других машинах, происходит преобразование энергии в тепло. В настоящее время асинхронные двигатели потребляют около 50 % электрической энергии, вырабатываемой электрическими станциями страны. Асинхронные двигатели изготовляются для работы от однофазных, двухфазных и трехфазных сетей переменного тока, но главным образом от трехфазных сетей.

Асинхронные двигатели состоят из двух частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора.

Трехфазные асинхронные двигатели получили в станкостроении наибольшее распространение. Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, с токами, наводимыми в обмотке ротора при пересечении ее проводников вращающемся полем.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором технологичны, компактны, надежны и неприхотливы в эксплуатации. В настоящее время электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели единой серии 4А, которая содержит все необходимые для станкостроения модификации исполнения асинхронных двигателей по конструкции, мощности и напряжению. Двигатели мощностью от 0,06 до 0,37 кВт изготовляют на номинальное напряжение 220 и 380 В; мощностью от 0,55 до 11 кВт – 220, 380 и 660 В; от 15 до 110 кВт – 220/380 и 380/660 В; от 132 до 400 кВт – 380/660 В. Двигатели до 11 кВт выпускаются с тремя и по отдельному заказу с шестью выводными концами, более мощные – с шестью выводами, позволяющие производить переключение обмоток с “треугольника” на “звезду”.

Серия 4А является в настоящее время массовой серией асинхронных двигателей, применяемых в различных областях промышленности. Серия включает основное исполнение, ряд модификаций и специализированные машины.

Основное исполнение имеет следующую систему обозначений:

 

4АХХ Х ХХХХ

1 2 3 4 5 6 7 8

 

Здесь 1 – серия 4А;

2 – исполнение асинхронного двигателя по материалу станины: буква А - станина и щетки алюминиевые, буква Х - станина алюминиевая, щетки чугунные (или наоборот), нет буквы - станина и щетки стальные или чугунные;

3 – исполнение асинхронного двигателя по способу защиты: Н - исполнение IP 23, нет буквы - исполнение IP 44;

4 – высота оси вращения (две или три цифры), миллиметр (мм);

5 – установочный размер по длине станины: буква S, М или L меньший, средний или больший;

6 – длина сердечника: А - меньшая, В - большая, нет буквы - выпускается только одна длина;

7 – число полюсов двигателя (одна или две цифры);

8 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150 - 69.

Кроме основного исполнения серия 4А имеет ряд модификаций: двигатели с повышенным пусковым моментом (4АР). Такие двигатели имеют высоту оси вращения 160 – 250 мм и частоту вращения 1 500, 1 000 и 750 об/мин. Повышение пускового момента в этих двигателях достигается за счет увеличения магнитного потока в среднем на 10 % по сравнению с потоком у базовых машин основного исполнения.

Двигатели с повышенным скольжением (4АС). Эти двигатели изготовляются с высотами оси вращения 71 – 250 мм и частотами вращения 3 000; 1 500; 1 000; 750 об/мин. Они рассчитаны для работы в повторно – кратковременном режиме по ГОСТ 183 – 74. Номинальное скольжение двигателей 4АС находится в пределах 5 – 14 %, а критическое скольжение составляет не менее 40 %.

Двигатели с фазным ротором (4ЛК). Такие двигатели выпускаются с высотой оси вращения 160 – 250 мм и со степенью защиты IP 44, а также с высотами оси вращения 160 – 355 мм и со степенью защиты IP 23. Охлаждение двигателей со степенью защиты IP 44 осуществляется вентилятором наружного обдува. Двигатели со степенью защиты IP 23 выполняются с двумя системами вентиляции: с аксиальной при высотах оси вращения 160 – 200 мм и с симметричной радиальной при высотах оси вращения 225 – 355 мм.

Многоскоростные двигатели. Такие двигатели выпускаются на две - четыре частоты вращения. Они выполняются со степенью защиты IP 44. Двухскоростные двигатели имеют одну обмотку на статоре, а трех- и четырехскоростные - две обмотки.

Другие модификации:

4А... В – встраиваемые;

4А... Х – химически стойкое исполнение;

4А... С (СХ) – сельскохозяйственного назначения;

А... УП – пылезащитное исполнение;

А... РН – рудничное исполнение;

А... П2 – высокочастотные двигатели;

А... НЛБ – лифтовые двигатели;

А... Б2П... ПБ – для станков с числовым программным управлением;

АХД – для деревообрабатывающих станков и ряд других.

Кроме серии 4А, имеются двигатели серии 4АМ (модернизированные), серии АИ (унифицированная серия, разработанная совместно со странами Интерэлектро).

“Исполнение по способу защиты” обозначается латинскими буквами I, P с последующими двумя цифрами. По ГОСТ 14254 – 80 первая цифра характеризует степень защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с вращающимися или токоведущими частями, вторая – степень защиты от проникновения внутрь машины воды. Наиболее распространенные машины со степенью защиты IP 23 и IP 44.

В данном случае первая цифра обозначает:

2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм;

4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более одного миллиметра;

Вторая цифра показывает степень защиты от воды:

3 – защита от дождя (при падении дождя на оболочку под углом 60°, капли не попадают внутрь).

4 – защита от брызг (брызги воды в любом направлении не попадают внутрь).

Климатическое исполнение УЗ означает возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата в закрытых помещениях.

Например, 4А112МА8УЗ – электродвигатель переменного тока серии 4А, закрытого обдуваемого исполнения с высотой оси вращения 112 мм; М – установочный размер по длине станины; А – длина сердечника статора; 8 – число полюсов; У – климатическое исполнение; З – категория размещения.

Отрицательной стороной асинхронных двигателей является их сильная чувствительность к колебаниям напряжения питающей сети, так как вращающий момент пропорционален квадрату напряжения.

 

2.4.2.2. Синхронные машины

 

Синхронные машины – это бесколлекторные машины переменного тока, у которых в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, подключенной к обмотке якоря, не зависит от нагрузки в области допустимых нагрузок.

Проще определение синхронных машин можно записать в виде – синхронные машины - это такие электрические машины переменного тока, в которых ротор и поле токов статора вращаются с одной и той же скоростью (синхронно). Трехфазные синхронные машины – самые крупные по мощности электрические машины. Самые мощные электродвигатели синхронные: до 60 кВт - для мощных воздуходувок, насосов и т.д.

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Синхронные машины, как и любые электрические машины, обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.

Синхронные двигатели получили меньшее распространение. Они используются там, где требуется постоянство частоты вращения ротора при изменении нагрузки, чего трудно достичь с помощью асинхронных двигателей.

Синхронные двигатели изготовляются серийно мощностью от нескольких десятков киловатт до 10 МВт и более на различные частоты вращения. Наряду с мощными двигателями широко выпускаются синхронные микродвигатели различных типов мощностью от долей Ватта до нескольких сотен Ватт. По сравнению с асинхронными, синхронные двигатели не только преобразуют электрическую энергию в механическую, но и могут генерировать реактивную мощность.

Обозначение типов электродвигателей выполняется следующим образом:

С Т Д

синхронный количество полюсов ротора

трехфазный номинальная мощность (кВт)

двигатель

Существует ряд серий синхронных двигателей общего назначения, основные из которых: СД2, СДН2 и СДН3–2.

Конструктивно машины указанных серий выполнены с различными степенями защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и от попадания внутрь машины посторонних тел и воды. Машины серии СД2 имеют степень защиты IP 23. Основное исполнение серии СДН2 имеет степень защиты IP 11, но также имеется модификация со степенью защиты IP 43. Машины серии СДН3–2 имеют закрытое исполнение со степенью защиты IP 44. Машины различаются по способу крепления и конструкции подшипниковых узлов.

Высота оси вращения для всех машин серий СДН2 и СДН3–2 равна 630 мм, а для машин серии СД2 – 450 или 500 мм.

В двигателях всех серий применяется воздушное охлаждение с самовентиляцией.

На всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Их мощность колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до 1000 - 1200 МВт для мощных электростанций.

По конструктивному выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные. Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т.е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов.

Неявнополюсные роторы используются главным образом в качестве синхронных генераторов и предназначены для непосредственного соединения с паровыми турбинами. Такие машины называют турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3 000 об/мин и два полюса, а для атомных станций – 1 500 об/мин и четыре полюса. Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальной поковки. По условиям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2 – 1,25 м. Чтобы обеспечить необходимую механическую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м.

Существует ряд серий, каждая из которых охватывает определенный вид машин. Турбогенераторы различаются системами охлаждения. При небольших мощностях турбогенераторов применяется косвенное воздушное охлаждение (серии Т и Т2). У машин большей мощности используется косвенное и непосредственное водородное охлаждение (серии ТВ, ТВ2 и др.). При непосредственном охлаждении вместо воздуха внутренний объем заполняется газом, состоящим, главным образом, из водорода (97 % водорода и 3 % воздуха).

Вентиляция осуществляется по замкнутому циклу. Смесь водорода с воздухом становится взрывоопасной при содержании водорода в смеси от 7 до 70 %. Для устранения проникновения воздуха в корпус машины давление газа внутри машины выбирают выше атмосферного: – не менее 0,103 – 0,107 МПа. Недостатком водородного охлаждения является необходимость иметь специальную установку для снабжения машины водородом, а также потребность в уплотнениях корпуса машины. В мощных турбогенераторах применяется непосредственное охлаждение. Для непосредственного охлаждения обмоток используется водород при избыточном давлении, а также жидкости (вода, трансформаторное масло). В мощных турбогенераторах, выпускаемых отечественной промышленностью, применяются следующие системы непосредственного охлаждения:

1 – аксиальная система охлаждения обмоток и сердечника статора водородом повышенного давления (турбогенераторы серии ТГВ);

2 – многоструйная радиальная система охлаждения водородом повышенного давления, в которой обмотка ротора имеет непосредственное охлаждение, а обмотка статора – косвенное охлаждение (турбогенераторы серии ТВФ);

3 – многоструйная радиальная система охлаждения сердечника статора и обмотки ротора водородом при давлении 300 кПа, а обмотки статора водой (турбогенераторы серии ТВВ);

4 – система охлаждения обмоток статора и ротора жидкостью, а сердечников воздухом или водородом (турбогенераторы серии ТГВ при охлаждении обмоток водой и ТВМ - при охлаждении ротора маслом, а обмотки ротора - водой).

 

Обозначение типов турбогенераторов выполняется следующим образом:

ТВВ ХХХХ

1 2 3

Здесь 1 – серия турбогенератора.

2 – активная мощность турбогенератора.

3 – число полюсов машины.

Например, обозначение ТВВ–800–2 означает турбогенератор серии ТВВ (с многоструйной радиальной системой охлаждения сердечника статора и обмотки ротора водородом при давлении 300 кПа, а обмотки статора водой), с мощностью 800 МВт и с числом полюсов – 2.

Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами.

В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов. Гидрогенераторы выполняются на большие мощности. Самые мощные генераторы в настоящее время построены для Саяно–Шушенской ГЭС. Они имеют мощность 715 МВ×А при частоте вращения 143 об/мин. Внешний диаметр гидрогенераторов составляет около 15 м, диаметр его ротора около 12 м, длина магнитопровода статора 2,75 м. Число полюсов – 42.

В гидрогенераторах относительно небольшой мощности применяется косвенное воздушное охлаждение. Для гидрогенераторов малой мощности допускается применение разомкнутой системы вентиляции, а в более мощных машинах вентиляция осуществляется по замкнутому циклу. В машинах предельной мощности используется непосредственное охлаждение, где в качестве охлаждающей среды применяется дистиллированная вода. Водород для охлаждения гидрогенераторов не применяется из–за трудностей выполнения уплотнений.

Ниже приведены некоторые из серий гидрогенераторов, выпускаемых промышленностью: СВ, ВГС – синхронные вертикальные гидрогенераторы с непосредственным охлаждением обмотки ротора воздухом.

 

Тип гидрогенератора обозначается следующим образом:

ХХ/ХХ

1 2 3

Здесь 1 – тип гидрогенератора;

2 – дробное число, числитель которого указывает внешний диаметр, и, знаменатель – длину активной стали, в сантиметрах (см).

3 – число полюсов.

Например, обозначение СВ 1190/250–48 означает, что гидрогенератор относится к серии СВ и имеет внешний диаметр статора 1190 см, длину 250 см и число полюсов – 48.

Иногда синхронные двигатели, работающие без нагрузки на валу, используются в качестве источников и потребителей реактивной мощности. Такие синхронные машины называют синхронными компенсаторами. Синхронные компенсаторы серии КС выполняются закрытыми с косвенным воздушным охлаждением.

Компенсаторы серии КСВБ (или КСВБО) имеют водородное охлаждение при избыточном давлении 0,1 – 0,2 МПа.

КС – компенсатор синхронный, В – с водородным охлаждением, Б – возбуждение бесщеточное нереверсивное, БО – возбуждение бесщеточное реверсивное.

Обозначение типов синхронных компенсаторов:

КСВБХХ

1 2 3 ,

где 1 – серия компенсатора;

2 – номинальная мощность, МВ×А;

3 – номинальное напряжение, кВ.

Например, обозначение КСВБ100–11 означает, что синхронный компенсатор с водородным охлаждением и бесщеточным нереверсивным возбуждением имеет мощность 100 МВ×А, а его номинальное напряжение 11 кВ.

Для правильности изображения систем электроснабжения со всем многообразием составляющих ее элементов используются общепринятые условные обозначения, позволяющие наглядно изобразить структуру и взаимосвязь электроэнергетической системы или ее отдельных узлов.

При выполнении задания рекомендуются следующие размеры условных обозначений: Диаметры статора и ротора электрических машин соответственно 20 и 10 мм, высота подвижных контактов коммутационных аппаратов (короткозамыкатели, разъединители, отделители ) – 6 мм; диаметры измерительных приборов и обмоток трансформаторов – 10 мм; длина малой электрической линии – 5 мм, большой – 10 мм; прямоугольники для обозначения предохранителей – 10´4 мм ; диаметры полуокружностей трансформаторов тока – 5 мм и части окружности реакторов – 5 мм.






Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 636. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.253 сек.) русская версия | украинская версия