Опытное определение параметров схемы замещения трансформаторов

Полученная в § 1.6 электрическая схема замещения (см. рис. 1.18, б) позволяет с достаточной точностью исследовать свойства трансформаторов в любом режиме. Использование этой схемы при определении характеристик имеет наибольшее практическое значение для трансформаторов мощностью 50 кВ-А и выше, так как исследование таких трансформаторов методом непосредственной нагрузки связано с некоторыми техническими трудностями: непроизводительным расходом электроэнергии, необходимостью в громоздких и дорогостоящих нагрузочных устройствах.

Определение параметров схемы замещения Z1 = г1 + jx1, Zm=rm + jxm, Z’2=r2'+jx'2возможно либо расчетным (в процессе расчета трансформатора), либо опытным путем. Ниже излагается порядок определения параметров схемы замещения трансформатора опытным путем, сущность которого состоит в проведении опыта холостого хода (х.х.) и опыта короткого замыкания (к.з).

Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Zн=∞, I2 = 0). В этом случае уравнения напряжений и токов (1.34) принимают вид

(1.40)

Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в режиме х.х. Р0расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм, (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02r1, (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2—10% от I1ном, электрическими потерями I02r1, можно пренебречь и считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода (см. §1.14).

Рис. 1.29. Схемы опыта х.х. трансформаторов однофазного (а), трехфазного (б)

Опыт х.х. однофазного трансформатора проводят по схеме изображенной на рис. 1.29, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке; напряжение U20на выводах вторичной обмотки; мощность х х Р0и ток х.х. I0.

Напряжение к первичной обмотке, трансформатора обычно подводят через однофазный регулятор напряжения РНО, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15U1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов, а затем строят характеристики х.х.: зависимости тока х.х. Iо, мощности х.х. Р0и коэффициента мощности х.х. соsφ0 от первичного напряжения U1 (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Характеристики х.х. трансформатора

Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнитопровода, которое наступает при некотором значении напряжения U1.

В случае опыта холостого хода с трехфазным трансформатором напряжение U1устанавливают посредством трехфазного регулятора напряжения РНТ (рис. 1.29, б). Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:

Рис. 1.30. Характеристики х.х. трансформатора

(1.41)

(1.42)

Коэффициент мощности для однофазного трансформатора

(1.43)

где Pо' и Pо" — показания однофазных ваттметров; U1и I0 — фазные значения напряжения и тока.

По данным опыта х.х. можно определить: коэффициент трансформации

k = U1/U20 = wl/w2;

ток х.х. приU1ном (в процентах от номинального первичного тока)

i0=(Iоном/I1 ном)100; (1.45)

потери х.х. Р0.

В трехфазном трансформаторе токи для трехфазного трансформатора х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему (см. § 1.8), поэтому мощность Pоследует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рис. 1.29, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. I0(r1+jx1) (рис. 1.31) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:

(1.46) (1.47) (1.48)

Обычно в силовых трансформаторах общего назначения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х.х. i0=10÷0,6%.

Если же фактические значения тока х.х. I0ном и мощности х.х. P0ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличие короткозамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.

Рис. 1.31. Схема замещения трансформатора в режиме х.х.

Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (zн = 0), при этом вторичное напряжение U2 = 0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора (см. § 4.1).

Рис. 1.32. Схемы опыта к.з. трансформаторов однофазного (а), трехфазного (6)

При опыте к.з. обмотку низшего напряжения однофазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 1.32, а), а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РНО до некоторого значения UK.ном, при котором токи к.з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной ( I1к = I1ном) и вторичной (I2к = I2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к.з., представляющие собой зависимость тока к.з. I1К, мощности к.з. Рки коэффициента мощности cosφK от напряжения к.з. Uк(рис. 1.33).

Рис. 1.33. Характеристики к.з. трансформатора

В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рис.1.32, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:

(1.49)

(1-50)

Коэффициент мощности при опыте к.з.

cosφк= Рк/(3UкI1к) (1-51)

При этом активную мощность трехфазного трансформатора измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к.з.

(1-52)

В (1.52) PK¢ и РK¢¢ — показания однофазных ваттметров, Вт.

Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в % от номинального:

uк=(Uк/U1ном)100 (1.53)

Для силовых трансформаторов uк = 5-10% от U1HOM.

Как следует из (1.20), магнитный поток в магнитопроводе трансформатора пропорционален первичному напряжению U1. Но так как это напряжение при опыте к.з. составляет не более 10% от U1HOM, то такую же небольшую величину составляет магнитный поток. Для создания такого магнитного потока требуется настолько малый намагничивающий ток, что значением его можно пренебречь. В этом случае уравнение токов (1.24) принимает вид

(1.54)

а схема замещения трансформаторов для опыта к.з. не содержит ветви намагничивания (рис. 1.34, а). Для этой схемы замещения можно записать уравнение напряжений

Рис. 1.34. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора в режиме к.з.

, (1.55)

или

(1.56)

Полное сопротивление трансформатора при опыте к.з.

ZK=rK+jxk, (1.57)

где гк и xk — активная и индуктивная составляющие сопротивления к.з. ZK.

Воспользовавшись уравнениями токов (1.54) и напряжений (1.55), для опыта к.з. построим векторную диаграмму трансформатора (рис. 1.34, б). Построение этой диаграммы начинают с вектора напряжения к.з. UK = I1KZK. Затем под углом φкквектору UKпроводят вектор тока к.з. I1K = –I2K. Построив векторы падений напряжения в первичной обмотке I1Kr1, и jI1Kx1, и векторы падения напряжения во вторичной обмотке –I’2Kr’2 и –jI’2Kx’2,получают прямоугольный треугольник АОВ, называемый треугольником короткого замыкания. Стороны этого треугольника будут:

Здесь

(1.58)

где Uк.аUк.р — активная и реактивная составляющие напряжения к.з., В.

Полное, активное и индуктивное сопротивления схемы замещения при опыте к.з.:

Полученные значения сопротивлений гк и zk, мощности Рк, коэффициента мощности соsφк и напряжения к.з. uк следует привести к рабочей температуре обмоток +75 °С:

Здесь гк — активное сопротивление к.з. при температуре θ1; α = 0,004 —температурный коэффициент для меди и алюминия.

Так как при опыте к.з. основной поток Фmах составляет всего лишь несколько процентов по сравнению с его значением при номинальном первичном напряжении, то магнитными потерями, вызываемыми этим потоком, можно пренебречь. Следовательно, можно считать, что мощность Рk, потребляемая трансформатором ври опыте к.з., идет полностью на покрытие электрических потерь в обмотках трансформатора:

Мощность к.з. приводят к рабочей температуре обмоток +75 °С:

 

 

1. Графики электрических нагрузок и показатели, характеризующие приемники электроэнергии.

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а следовательно, и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт графиком нагрузки, т. е. диаграммой изменения мощности (тока) электроустановки во времени.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, реактивной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки.

Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т. п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они относятся, графики можно разделить на следующие группы:

графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;

сетевые графики нагрузки - на шинах районных и узловых подстанций;

графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;

графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

б) Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведениями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки

Графики электрических нагрузок позволяют правильно подойти к выбору основного оборудования подстанций — трансформаторов, компенсирующих устройств, кабелей и наметить наиболее экономичный режим их работы.

В условиях действующего предприятия графики электрических нагрузок помогают выявить основные показатели электрических нагрузок, которые необходимы для проектирования электроснабжения аналогичных производств.

Суточные графики показывают изменение нагрузок в течение суток. Их строят по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии через каждый час либо каждые полчаса (для выявления получасового максимума нагрузки).

В проектировании используют типовые суточные графики, характерные для данного вида производства, в которых максимальная суточная нагрузка принята за единицу или за 100 %, а остальные нагрузки выражены в долях единицы или в процентах. Для построения конкретного суточного графика необходимо знать максимальную нагрузку и иметь типовой суточный график.

 

Для суточных графиков активной и реактивной нагрузок характерны следующие величины: максимум активной (реактивной) нагрузки за сутки P'м (Q'м) кВт (квар), максимум активной нагрузки в наиболее загруженной смене Pм кВт, расход активной (реактивной) энергии за сутки Wcут (Vcут), кВт-ч (квар-ч), расход активной (реактивной) энергии за наиболее загруженную смену Wcм (Vcм), кВт-ч (квар-ч).

Используя эти характерные величины и зная общую номинальную мощность всех рабочих электроприемников (Ри, кВт), можно определить следующие характерные для суточных графиков показатели:

Cреднюю активную нагрузку за сутки (кВт):

Рсут = Wсут/24,

Средниюю активную нагрузку за наиболее загруженную смену (кВт):

Рсм = Wcм/8,

Коэффициент использования номинальной мощности Рн за наиболее загруженную смену:

Ки = Рсм/Рн,

Коэффициент мощности в период максимума:

 

 

1. Классификация приемников энергии и их общие характеристики.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ИХ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии потребляется промышленными предприятиями.

Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы:

1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, часто­той 50 Гц.

2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц.

3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, часто­той 50 Гц.

4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, пи­таемые от преобразовательных подстанций и установок.

5. Приемники постоянного тока, питаемые от преобразователь­ных подстанций и установок.

Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить:

1) требования, предъявляемые действующими Правилами уст­ройства электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1-я, 2-я и 3-я категории);

3) режим работы (продолжительный, кратковременный, повтор­но-кратковременный); -

3) места расположения приемников электроэнергии и явля­ются ли они стационарными или передвижными.

В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агре­гаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы и механические выпрямители.

Преобразовательные агрегаты питаются от сети трехфазного тока и являются поэтому приемниками трехфазного тока.

Приемники постоянного тока, имеющие индивидуальные преоб­разовательные агрегаты: электропривод по системе генератор-двигатель, ионный электропривод и т.п., являются с точки зрения электроснабжения приемниками трехфазного тока.

Часто встречающимися приемниками постоянного тока, требую­щими питания от преобразовательных подстанций, являются вну­тризаводской электрифицированный транспорт, некоторые уста­новки, использующие явление электролиза, некоторые электродви­гатели подъемно-транспортных и вспомогательных механизмов.

Согласно ПУЭ [37] электротехнические установки, производя­щие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электро­энергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В.

Электротехнические установки напряжением до 1000 В выпол­няются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока

с глухо заземленной и изолирован­ной нулевой точкой.

Электрические установки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях по безопасности (торфяные разработки, угольные шахты и т. п.) при условии, что в этом слу­чае обеспечиваются контроль изоляции сети и целость пробив­ных предохранителей, быстрое обнаружение персоналом замыканий на землю и быстрая ликвидация их либо автоматическое отключе­ние участков с замыканием на землю.

В четырехпроходных сетях переменного тока или трехпроходных сетях постоянного тока для установок без повышенной опасности глухое заземление нейтрали обязательно.

Электрические установки напряжением выше 1000 В делятся на установки:

1) с изолированной нейтралью (напряжения до 35 кВ);

2) с нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопро­тивление для компенсации емкостных токов (напряжения до 35 кВ и редко 110 кВ);

3) с эффективно заземленной нейтралью (напряжения 110 - 150 кВ)

4) с глухо заземленной нейтралью (напряжение 220 кВ и выше).

Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с боль­шими токами замыкания на землю (более 500 А).

По частоте тока приемники электроэнергии делятся на прием­ники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) часто­тами.

Большинство приемников использует электрическую энергию нормальной промышленной частоты. Установки высокой и повышен­ной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку и штам­повку металлов, а также для плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например, электрические двига­тели в текстильной промышленности при производстве искусствен­ного шелка (частота 133 Гц).

Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи высокой и повышенной частоты служат двигатели-генерторы (электромашинные преобразователи), а также тиристорные или ионные преобразователи. Для получения повышенной частоты до 10 кГц применяют преимущественно тиристорные преобразователи (инверторы). Для получения частот 10 кГц и выше применяются ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получать до 2800 Гц. К приемникам с пониженной частотой относятся коллектор­ные электродвигатели, применяемые для транспортных целей (16 2/3 Гц), перемешиватели жидкого металла (до 25 Гц) и индукцион­ные нагревательные устройства для отливки крупных деталей. Переменный ток пониженной частоты в промышленных установках широкого применения не имеет.

Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.

Различают три характерные группы приемников:

1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неиз­менной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электриче­ская машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом ре­жиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиля­торов и т. п.

2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппа­рата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Приме­рами данной группы приемников являются электродвигатели элек­троприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстро­го перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т. п.

3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды ма­шины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характери­зуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и дли­тельностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электриче­ская машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное вре­мя, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сва­рочные аппараты и т. п.

Для перечисленных выше режимов работы приемников в соот­ветствии с ГОСТ 183-74 электропромышленность выпускает электро­двигатели, рассчитанные на указанные условия работы.

В действительности график нагрузки каждого приемника отли­чается от заданного при проектировании. На режим работы прием­ника влияют технологические особенности каждой отрасли про­мышленности. График нагрузки приемника является основным пока­зателем, по которому его следует классифицировать.

Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность за­грузки фаз. К симметричным нагрузкам относятся электродвига­тели и трехфазные печи. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) следует отнести электрическое освещение, однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.

 

Надежность (бесперебойность) питания

 

С точки зрения обеспе­чения надежного и бесперебойного питания, приемники электри­ческой энергии делятся на четыре категории:

Особая категория

приемники, перерыв в электроснабже­нии которых недопустим.

1-я категория

приемники, перерыв в электроснабже­нии которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением обо­рудования, массовым браком продукции или длительным расстрой­ством сложного технологического процесса производства.

2-я категория

приемники, перерыв в электроснабже­нии которых связан с существенным недоотпуском продукция, про­стоем людей, механизмов, промышленного транспорта.

3-я категория

приемники, не подходящие под опреде­ления 1-й и 2-й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного про­изводства).

Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом источников питания, схемой электроснабжения и катего­рией потребителей. Приемники 1-й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания. Приемники 2-й кате­гории могут иметь один-два источника питания (решается конкрет­но в зависимости от значения, которое имеет данное промышленное предприятие в народном хозяйстве страны, и местных условий). Приемники 3-й категории, как правило, могут иметь один источ­ник питания, но если по местным условиям можно обеспечить пита­ние без существенных затрат и от второго источника, то приме­няется резервирование питания и для этой категории приемников.

 

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЕМНИКИ электрической ЭНЕРГИИ

Силовые общепромышленные установки

 

К этой группе прием­ников относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства.

Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают при­мерно в одинаковом режиме и в зави­симости от мощности снабжаются электрической энергией па напряжении от 0,22 до 10 кВ. Мощность таких установок изменяется в очень широком диапазоне от долей единицы до тысяч киловатт. Питание двигателей производится током промышленной частоты 50 Гц. Характер нагрузки, как правило, ровный, особенно для мощ­ных установок. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьезное нарушение технологического процесса или повреждение оборудова­ния. Например, прекращение подачи сжатого воздуха на машино­строительном заводе, где режущий инструмент крепится при по­мощи пневматических устройств, может вызвать ранения обслужи­вающего персонала. Прекращение электроснабжения насосной станции на металлургическом заводе может вывести из строя та­кую ответственную установку, как доменная печь, и причинить крупные убытки. Последствия отключения насосных установок во время пожара не нуждаются в пояснениях. В ряде цехов прекраще­ние питания двигателей вентиляторов может вызвать массовые отравления работающего персонала. Таких примеров можно при­вести большое количество. В указанных случаях установки следует относить к потребителям 1-й категории.

Потребители рассматриваемой группы создают нагрузку равно­мерную и симметричную по всем трем (разам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Коэффициент мощности достаточно стаби­лен и обычно имеет значение 0,8

0,85.

Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиля­торов чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности.

Подъемно-транспортные устройства работают в повторно-крат­ковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки. в связи с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8. По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) к потре­бителям 1-й и 2-й категорий. В подъемно-транспортных устрой­ствах применяется как переменный (50 Гц), так и постоянный ток. В большинстве случаев нагрузку от подъемно-транспортных уст­ройств на стороне переменного тока следует считать симметричной по всем трем фазам.

 

Электрические осветительные установки

 

Электрические све­тильники представляют собой однофазную нагрузку, однако благо­даря незначительной мощности приемника (обычно не более 2 кВт) в электрической сети при правильной группировке осветительных приборов можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фа­зам (с несимметрией не более 5

10%).

Характер нагрузки равномерный, без толчков, но ее значение изменяется в зависимости от времени суток, года и географического положения. Частота тока общепромышленная, равная 50 Гц. Коэф­фициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразряд­ных ламп 0,6. Следует иметь в виду, что в проводах, особенно нулевых, при применении газоразрядных ламп появляются высшие гармоники тока.

Кратковременные (несколько секунд) аварийные перерывы в пи­тании осветительных установок допустимы. Продолжительные пе­рерывы (минуты и часы) в питании для некоторых видов производ­ства недопустимы. В таких случаях применяется резервирование питания от второго источника тока (в некоторых случаях даже от независимого источника постоянного тока). В тех производствах, где отключение освещения угрожает безопасности людей, приме­няются специальные системы аварийного освещения. Для освети­тельных установок промышленных предприятий применяются на­пряжения от 6 до 220 В.

 

Преобразовательные установки

 

Для преобразования трехфаз­ного тока в постоянный или трехфазного тока промышленной ча­стоты 50 Гц в трехфазный или однофазный ток пониженной, повы­шенной или высокой частоты на территории промышленного пред­приятия сооружаются преобразовательные остановки.

В зависимости от типа преобразователей тока преобразователь­ные остановки делятся на:

1) полупроводниковые преобразовательные установки;

2) преобразовательные установки с ртутными выпрямителями;

3) преобразовательные установки с двигателями-генераторами,

4) преобразовательные остановки с механическими выпрямите­лями.

По своему назначению преобразовательные установки сложат для питания

1) двигателей ряда машин и механизмов;

2) электролизных ванн;

3) внутризаводского электрического транспорта;

4) электрофильтров;

5) сварочных установок постоянного тока и др.

Преобразовательные установки для целей электролиза широко применяются в цветной металлургии для получения электролитиче­ских алюминия, свинца, меди и пр. В таких установках ток про­мышленной частоты напряжением 6

35 кВ, как правило, при помощи кремниевых выпрямителей преобразуется в постоянный ток необходимого по технологическим условиям напряжения (до 825 В).

Перерыв в питании электролизных установок не приводит к тяжелым авариям с повреждением основного оборудования и мо­жет быть допущен на несколько минут, а в некоторых случаях на несколько часов Здесь перерыв питания связан в основном с недо­выпуском продукции. Однако вследствие обратной э.д.с. электро­лизных ванн в некоторых случаях могут иметь место перемещения выделившихся металлов обратно в раствор ванны и, следовательно, дополнительная затрата электроэнергии на новое выделение этого же металла Электролизные установки должны снабжаться электри­ческой энергией, как приемники 1-й категории, но допускающие кратковременные перерывы в питании Режим работы электролизных установок дает достаточно равномерный и симметричный по фазам график нагрузки Коэффициент мощности электролизных установок равен примерно 0,85

0,9 Особенностью электролизного процесса является необходимость поддержания постоянства выпрямленною тока, и в связи с этим возникает необходимость регулирования напряжения со стороны переменного тока.

Преобразовательные установки для внутрипромышленного элек­трического транспорта (откатка, подъем, различные виды перемеще­ния грузов и т.п. ) по мощности относительно невелики (от сотен до 2000

3000 кВт). Коэффициент мощности таких установок колеб­лется в пределах 0,7

0,8. Нагрузка на стороне переменного тока симметрична по фазам, но резко изменяется за счет пиков тока при работе тяговых электродвигателей Перерыв в питании приемников этой группы может повлечь за собой порчу продукции и даже обору­дования (особенно на металлургических заводах). Прекращение работы транспорта вообще вызывает серьезные осложнения в работе предприятия, и поэтому эта группа потребителей должна снабжаться электроэнергией, как приемники 1-й или 2-й категории, допускаю­щие кратковременный перерыв в питании Питание этих установок производится переменным током промышленной частоты напряже­нием 0,4

35 кВ.

Преобразовательные установки для питания электрофильтров (с механическими выпрямителями) до 100

200 кВт имеют широкое применение для очистки газов Питаются эти установки переменные током промышленной частоты от специальных трансформаторов, имеющих на первичной обмотке напряжение 6

10 кВ, а на вторичной до 110 кВ Коэффициент мощности этих установок равен 0,7

0,8. Нагрузка на стороне высокого напряжения симметрична и равно­мерна Перерывы в питании допустимы, длительность их зависит от технологического процесса производства В таких производствах, как химические заводы, эти установки могут быть отнесены к приемникам 1-й и 2-й категорий.

Электродвигатели производственных механизмов

 

Этот вид при­емников встречается на всех промышленных предприятиях Для электропривода современных станков применяются все виды дви­гателей. Мощность двигателей чрезвычайно разнообразна л изме­няется от долей до сотен киловатт и больше В станках, где требуются высокие частоты вращения и регулирование ее, применяются двигатели постоянного тока, питающиеся от выпрямительных уста­новок. Напряжение сети 660

380/220 В с частотой 50 Гц Коэффи­циент мощности колеблется в широких пределах в зависимости от технологического процесса По надежности электроснабжения эта группа приемников относится, как правило, ко 2-й категории Од­нако имеется ряд станков, где перерыв в питании недопустим по условиям техники безопасности (возможны травмы обслуживающего персонала) и по причине возможной порчи изделий, особенно при обработке крупных дорогостоящих деталей.

Электрические печи и электротермические установки

 

По способу превращения электрической энергии в тепловую можно разделить на:

1) печи сопротивления;

2) индукционные печи и установки;

3) дуговые электрические печи;

4) печи со смешанным нагревом.

1. Печи сопротивления по способу нагрева подразделяются на печи косвенного действия и печи прямого действия. Нагрев ма­териала в печах косвенного действия происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохождении по ним электрического тока. Печи косвенного нагрева являются установ­ками напряжением до 1000 В и питаются в большинстве случаев от сетей 380 В промышленной частоты 50 Гц. Печи выпускаются одно- и трехфазными мощностью от единиц до нескольких тысяч киловатт. Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 1.

В печах прямого действия нагрев осуществляется теплом, выде­ляемым в нагреваемом изделии при прохождении по нему электри­ческого тока. Печи выполняются одно- и трехфазными мощностью до 3000 кВт; питание осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В или через понижающие трансформаторы от сетей более высокого напряжения. Коэффициент мощности лежит в интервале от 0,7 до 0,9 Большинство печей сопротивления в отно­шении бесперебойности электроснабжения относится к приемникам электрической энергии 2-й категории.

2. Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные печи и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков

Расплавление металла в инерционных печах осуществляется теплом, возникающим в нем при прохождении индукционного тока.

Плавильные печи изготовляются со стальным сердечником и без него. Печи с сердечником применяются для плавления цветных металлов и их сплавов. Питание печей осуществляется током про­мышленной частоты 50 Гц напряжением 380 В и выше в зависимости от мощности. Печи с сердечником выпускаются одно-, двух- и трех­фазными мощностью до 2000 кВА. Коэффициент мощности колеб­лется в пределах 0,2

0,8 (печи для плавки алюминия имеют cos(

) = 0,2

0,4, для плавки меди 0,6

0,8). Печи без сердечника при­меняются для выплавки высококачественной стали и реже

цвет­ных металлов. Питание промышленных печей без сердечника может быть осуществлено током промышленной частоты 50 Гц от сетей на­пряжением 380 В и выше и током повышенной частоты 500

10 000 Гц от тиристорных или электромашинных преобразователей. Приводные двигатели преобразователей питаются током промышленной частоты.

Печи выпускаются мощностью до 4500 кВА, коэффициент мощ­н