Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Режим работы цеховых электрических сетей определяется токовой нагрузкой линий, частотой тока, уровнем напряжения у подключенных к сети приемников электроэнергии и источников питания, напряжением линий сети относительно земли, режимом нейтрали, симметричностью многофазной системы напряжения, синусоидальностью напряжения, сопротивлением изоляции линий между собой и относительно земли.

Режимы работы цеховых электрических сетей подразделяют на четыре вида:

1) нормальные режимы, при которых отклонение приведенных выше параметров от их номинальных (нормируемых) значений не пре­вышают длительно допустимые;

2) временно допустимые режимы, при которых отклонения приве­денных выше параметров допустимы на определенное ограниченное время без существенного ущерба для сети и питаемых от нее приемни­ков (например, систематические перегрузки силовых трансформаторов);

3) аварийные режимы, характеризующиеся опасными для элемен­тов сети сверхтоками или другими недопустимыми явлениями (напри­мер, КЗ, обрывы проводов); они имеют, как правило, переходный (неус­тановившийся) характер;

4) послеаварийные режимы, в которые входят как переходные процессы (например, вызванные одновременным самозапуском боль­шого числа двигателей), так и установившиеся режимы в новых услови­ях питания, часто ограниченных по мощности.

Для того, чтобы обеспечить надежную работу электроприемников, в различных режимах необходимо правильно определить их категорию.

Согласно ПУЭ все электроприемники подразделяют на три кате­гории с выделением в I категории особой группы электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взры­вов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

К электроприемникам 1 категории относят те, перерыв в электро­снабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни лю­дей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорого­стоящего основного оборудования, массовый брак продукции, рас­стройство сложного технологического процесса, нарушение особо важ­ных элементов коммунального хозяйства.

К электроприемникам II категории относят тс, перерыв электро­снабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности городских и сельских жителей.

К электроприемникам III категории относят все остальные, не по­падающие под определение I и II категорий.

Для электроприемников I категории перерыв электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резерва (АВР); для особых непрерывных производств предусматривают технологическое резервирования или специальные устройства безаварийного останова технологического процесса, действующие при нарушении электроснабжения.

Для электроприемников II категории допустимы перерывы элек­троснабжения на время, необходимое для включения резервного пита­ния действиями дежурного персонала или выездной оперативной бри­гадой (десятки минут, единицы часов).

Для электроприемников Ш категории допустимы перерывы элек­троснабжения до одних суток.

Следует заметить, что частота перерывов в явном виде ни для од­ной категории электроприемников не нормируется.

В отношении числа независимых источников питания для различ­ных категорий электроприемников ПУЭ рекомендует следующее: по­требители I категории должны иметь не менее двух независимых источ­ников питания; потребители П категории могут иметь один - два незави­симых источника питания (решается конкретно для каждого промыш­ленного предприятия); потребители Ш категории, как правило, могут иметь один источник питания; если есть возможность обеспечить пита­ние без существенных затрат и от второго источника, то применяют ре­зервирование питания и для этой категории электроприемников.

В зависимости от длительности нагрузки электроприемники под­разделяют на три характерные группы:

1) работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой; в этом режиме электрооборудование может ра­ботать продолжительное время без превышения температуры отдель­ных частей оборудования выше допустимой (например, электродвига­тели компрессоров, насосов, вентиляторов);

2) работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки; в этом режиме кратковременные рабочие периоды электрооборудования чередуются с кратковременными периодами отключения; кроме того, в этом режиме электрооборудование может работать с допустимой для него относительной продолжительностью включения неограниченное время (например, электродвигатели кранов, сварочные аппараты);

3) работающие в режиме кратковременной нагрузки; в этом режи­ме электрооборудование может работать длительно, так как период ос­танова электрооборудования настолько длителен, что оно практически успевает охладиться до температуры окружающей среды (например, электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов ме­таллорежущих станков, гидравлических затворов).

Для обеспечения надежного питания электроприемников при экс­плуатации систем цехового электроснабжения необходимо учитывать режимы кратковременных перегрузок электрооборудования на период от нескольких часов до нескольких суток. Эти режимы имеют место в результате повреждения или отключения электрооборудования (линий, трансформаторов, секций шин и др.), и должны предусматриваться за­ранее, еще при проектировании; тогда в условиях эксплуатации надеж­ность питания будет значительно повышена. Необходимость перегрузки электрооборудования возникает не только в послеаварийных ситуациях, но и для обеспечения постоянно увеличивающейся электрической на­грузки промышленного предприятия и в частности отдельных цехов. В среднем для воздушных и кабельных линий допускают перегрузку на 30 - 35%; для силовых трансформаторов согласно ПУЭ систематическая перегрузка может составлять 30%, а аварийная - 40% и более в зави­симости от ее продолжительности.

Для того, чтобы выбранное по номинальным параметрам электро­оборудование надежно работало в системах цехового электроснабже­ния, его проверяют на термическую и электродинамическую стойкость к токам КЗ.

Расчет токов КЗ выполняют как при проектировании, так и при анализе работы систем цехового электроснабжения в условиях эксплуа­тации. Этот расчет преследует две цели:

• выбор мер по ограничению токов КЗ или времени их действия;

• определение минимально возможных токов КЗ для проверки чувствительности зашиты, правильного выбора параметров срабатыва­ния и максимально возможного времени срабатывания защиты.

5.3. Влияние качества электроэнергии на надежность систем цехо­вого электроснабжения.

Одним из главных условий обеспечения нормальной работы электроприемников является питание их электроэнергией, параметры которой соответствуют определенным требованиям к ее качеству.

Основные показатели качества электроэнергии (ПКЗ) связаны с такими параметрами, как отклонения частоты и напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Во избе­жание длительного нарушения нормальной работы электроприемников основные ПКЭ не должны выходить за пределы своих нормальных зна

 

дования при синусоидальном напряжении. Так, например, при коэффи­циенте несинусоидальности 5%, через два года эксплуатации тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов увеличивается в 2 раза.

Ускоренное старение изоляции имеет место и в силовых кабелях. За счет высших гармоник тока довольно часто однофазные КЗ перехо­дят в двухфазные в месте первого пробоя вследствие прожигания кабе­ля. Следовательно, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повыше­нию аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов.

Высшие гармоники тока и напряжения до 10% увеличивают по­грешность индукционных счетчиков электроэнергии, ухудшают работу телемеханических устройств, вызывая сбои в их работе, если в качестве каналов связн для передачи информации используют силовые кабели. Кроме того, высшие гармоники вызывают ложную работу релейной за­щиты и автоматики при использовании фильтров токов обратной после­довательности.

Эксплуатация систем электроснабжения отечественных и зару­бежных промышленных предприятий показала, что батареи конденса­торов, работающие при несинусоидальных режимах, часто выходят из строя в результате вспучивания или взрыва. Причиной разрушения кон­денсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, обуслав­ливающих возникновение в системе электроснабжения резонансного режима на частоте одной из гармоник.

Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы АД. Гак, несимметрия напряжения в 1% вызывает значи­тельную несимметрию токов в обмотках (до 9%). Токи обратной после­довательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ус­коренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения в 4% срок службы АД, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается при­мерно в 2 раза; при несимметрии напряжения в 5% располагаемая мощность АД уменьшается на 5 - 10%.

Магнитное поле токов обратной последовательности статора син­хронных машин индуцирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, вызывающие повышенный нагрев ротора и вибрацию вращающейся части машины. При значительной несиммет­рии вибрация может оказаться опасной для конструкции машины.

Нагрев обмотки возбуждения СД за счет дополнительных потерь от несимметрии напряжения приводит к необходимости снижать ток возбуждения, при этом уменьшается реактивная мощность, выдаваемая СД в сеть.

Несимметрия напряжения не оказывает заметного влияния на ра­боту кабельных и воздушных линий, однако для трансформаторов на­блюдается значительное сокращение срока службы.

Токи нулевой последовательности постоянно проходят через заземлители и отрицательно сказываются на их работе, вызывая высуши­вание грунта и увеличение сопротивления растеканию, что значительно уменьшает надежность работы заземлителей.

5.4. Практические рекомендации по повышению надежности систем

Цехового электроснабжения

Повышение надежности систем цехового электроснабжения, как правило, связано с дополнительными затратами; однако, не всегда более дорогостоящая система электроснабжения обладает более высокой на­дежностью.

Ниже рассмотрены основные пути повышения надежности систем цехового электроснабжения.

1. Использование перегрузочной способности цеховою электро­оборудовании имеет важное значение при повреждениях или отключе­ниях линий, трансформаторов, секций шин или отдельных аппаратов. Так, для воздушных линий перегрузка возможна практически всегда (при сохранении нормального габарита до земли) и составляет 30 - 35%. Перегрузка кабельных линий зависит от значения и длительности максимума нагрузки в нормальном режиме и от способа прокладки ли­ний (табл. 5.2.).

Цеховые трансформаторы допускают систематическую перегрузку до 30%, аварийную - до 40% и даже до 60% в зависимости от кон­кретных условий. В ПУЭ приведены более конкретные сведения по пе­регрузочной способности силовых трансформаторов.

2. Применение рационального резервирования в цеховых сетях по ВН или НН за счет использования разных независимых источников пи­тания осуществляется с помощью перемычек, двойных "сквозных" ма­гистралей и т.д. На рис. 5.2 и 5.3 приведены примеры возможных схем резервирования в цеховых сетях.

Таблица 5.2. Допустимая перегрузка кабельных линий напряжением до 10 кВ

Коэффициент загрузки в нормальном режиме	Вид прокладки	Коэффициент допустимой перегрузки в зависимости от длительности максимума нагрузки, ч
		1	2	6
0,6	В земле	1,5	1,35	1,25
	В воздухе	1,35	1,25	1,25
	В трубах в земле	1,3	1,2	1,15
0,8	В земле	1,35	1,25	1,2
	В воздухе	1,3	1,25	1,25
	В трубах в земле	1,2	1,15	1,1

 

Рис. 5.2. Принципиальная схема резервирования цеховых сетей по ВН за счет при­менения двойных "сквозных" магистралей: а - простая магистраль; б - двойная "сквозная" магистраль

 

Рис. 5.3. Принципиальная схема резервирования цеховых сетей по НН за счет при­менения перемычки с АВР: 1,3- потребители; 2 - резервирующая перемычка

 

В цехах с непрерывным процессом производства применяют маги­стральные схемы с взаимным резервированием питания отдельных магистралей. На рис.5.4 приведена схема, которая позволяет вывести в ремонт один из трансформаторов, используя перегрузочную способ­ность других, или обеспечить питание нескольких магистралей от одно­го трансформатора.

Рис.5.4. Взаимное резервирование питающих магистралей; КТП - комплектные трансформаторные подстанции; М - магистрали

 

Резервирование можно осуществить также за счет раздельной или параллельной работы линий и трансформаторов.

3. Сокращение времени и повышение качества всех видов ремонт­ных работ достигается за счет оптимизации периодичности проведения плановых профилактических ремонтов электрооборудования, повыше­ния квалификации обслуживающего персонала, рациональной органи­зации труда и совершенствования технического обслуживания. Для то­го, чтобы выбрать научно обоснованные сроки проведения и объем профилактических ремонтов электрооборудования, необходимо собрать статистические данные о работе всех типов электрооборудования; эти данные должны содержать и себе информацию, достаточную для анали­за причин повреждений (отказов) электрооборудовании, а также сведе­ния о числе повреждений (отказов) и продолжительности ремонтов это­го оборудовании. Такая работа должна проводиться службой главного энергетика промышленного предприятия систематически. Более под­робные сведения о сборе и обработке статистических данных в энерге­тике можно найти в специальной литературе по надежности.

4. Применение нового, современного и модернизация действую­щего электрооборудования, а также его рациональная компоновка в це­хах, отделениях и предприятию в целом.

5. Правильный технически и экономически обоснованный выбор электрооборудования и схем электроснабжения осуществляется при ре­конструкции систем цехового электроснабжения. Так, например, при выборе выключателей следует помнить, что их важнейшими параметрами, кроме номинальных токов, напряжений, отключающей способно­сти к нагрузочным токам и токам КЗ, являются также время отключе­ния, коммутационный ресурс, пожаро и взрывобезопасность. При вы­боре цеховых трансформаторов исходят из следующих указаний.

Сухие трансформаторы мощностью 630 - 1000кВА используют в административных и общественных зданиях, где возможны большие скопления людей, а также на испытательных станциях, и лабораториях. Сухие трансформаторы меньшей мощности с успехом применяют, на­пример, для питания освещения при системе раздельного питания сило­вых и осветительных нагрузок.

Практика эксплуатации показала, что число типов и исполнений транс форм агорой на одном предприятии должно быть ограничено, в противном случае усложняется резервирование и взаимозаменяемость.

При определении числа трансформаторов необходимо учитывать то обстоятельство, что однотрансформаторные цеховые подстанции можно использовать для питания электроприемников I категории, если мощность последних не превышает 15 - 20% мощности трансформато­ра и возможно резервирование подстанций на НН перемычками с АВР (см. рис.5.3).

Известно, что радиальные схемы питания по сравнению с магист­ральными обладают более высокой надежностью, но стоимость их выше стоимости магистральных схем. Радиальные схемы применяют для мощных электроприемников (компрессоров, насосов), а также в тех случаях, когда среда помещений не позволяет прокладывать шинопроводы (взрывоопасные, пожароопасные цехи и цехи с химически актив­ной средой),

6. Внедрение автоматизации и телемеханизации позволяет повы­сить не только надежность, но и безопасность систем цехового электро­снабжения, избежать ошибочных действий оперативного персонала. Последнее значительно сокращает аварийные ситуации в цеховых се­тях.

Для систем электроснабжения, питающих электроприемники, кри­тичные к времени действия устройств АВР, можно рекомендовать быстродействующие АВР, обеспечивающие устойчивость синхронной на­грузки. Так, например, Истринский ВНИЦ ВЭИ разработал и внедрил быстродействующие АВР, у которых суммарное время переключения аварийной секции на резервную не превышает 0,12с при всех видах на­рушения электроснабжения на подстанциях с синхронными двигателями напряжением 6 - 10кВ.

7. Применение самозапуска электродвигателей ответственных ме­ханизмов повышает устойчивость и надежность электроснабжения этих приемников электроэнергии при кратковременных снижениях или ис­чезновении напряжения на источнике питания.

При этом следует иметь в виду, что в режиме самозапуска оста­точное напряжение на шинах, от которых питаются электродвигатели, должно быть таким, чтобы вращающий момент электродвигателей был больше статического момента сопротивления механизмов.

Поэтому в режиме самозапуска оставляют только двигатели ответ­ственных механизмов. Электродвигатели, самозапуск которых недопус­тим по технике безопасности, отключаются защитой минимального на­пряжения.

В режиме самозапуска могут быть как асинхронные, так и син­хронные электродвигатели. Самозапуск этих электродвигателей необ­ходим для обеспечения устойчивости технологических процессов не­прерывных производств при аварийных ситуациях в системе электро­снабжения, вызванных КЗ, отключением выключателя в цепи питания узла нагрузки и др. Двигатели, участвующие в самозапуске, при кратко­временных перерывах питания от сети не отключаются.

Длительность перерыва и электроснабжении в зависимости от конкретных условий составляет от десятых долей секунды до 1 - 2с, и большинство двигателей не успевает затормозиться до полной останов­ки. Поэтому после автоматического восстановления электроснабжения разгон их начинается с некоторой остаточной частоты вращения. Более подробные сведения о самозапуске электродвигателей изложены, на­пример, в [2].

8. Повышение надежности функционирования защиты и автома­тики осуществляется за счет применения:

а) простых схем, резервных защит, качественного монтажа и пра­вильной эксплуатации (для аналоговых устройств на электромеханиче­ской и микроэлектронной базе);

б) микропроцессорных устройств и систем при условии выполне­ния требований для их нормальной работы (надлежащая система экс­плуатации и технического обслуживания).

Опыт эксплуатации микропроцессорных устройств различного на­значения, накопленный за рубежом, показывает следующие их преиму­щества перед традиционными устройствами:

а) значительно меньшие трудозатраты на техобслуживание;

б) лучшие показатели надежности;

в) лучшие параметры срабатывания измерительных органов защи­ты и автоматики;

г) меньшее потребление по цепям постоянного и переменного оперативного тока;

д) повышенная надежность функционирования;

е) меньшие трудозатраты на наладку и техобслуживание за счет высокой аппаратной надежности и автоматического контроля и диагно­стики;

ж) меньшие габариты и др.

Высокая надежность микропроцессорных устройств и систем за­щиты и автоматики обеспечивается на основании:

• резервирования аппаратных средств, функций зашиты и про­граммного обеспечения;

• применения отказоустойчивых структур;

•непрерывкой диагностики аппаратных средств и программного обеспечения;

• хранения информации, констант и программ в энергонезависи­мой памяти;

• анализа работы защиты и автоматики, возможного благодаря получению данных о месте КЗ, характере повреждения и пара­метрах аварийного режима.

При эксплуатации газовой защиты масляных трансформаторов возможны ее ложные срабатывания, которые могут иметь место, например, при попадании воздуха в бак трансформатора при доливе масла после ремонта системы охлаждения; при неправильной установке сило­вого трансформатора и др.

9. Выбор наиболее целесообразного времени вывода электрообо­рудования в ремонт, а именно совмещение ремонта электрооборудова­ния с ремонтом технологического оборудования; заблаговременный пе­ревод электроснабжения на временное питание от резервных источни­ков и др.

Например, плановый ремонт одного из двух трансформаторов двухтрансформаторной подстанции целесообразнее проводить в период работы со сниженной нагрузкой потребителя.

10. Обеспечение пожарной безопасности электротехнических со­оружений (подстанций, кабельных туннелей и др.)» внедрение устройств телесигнализации и локализации пожаров.

11. Использование в качестве независимых - гарантированных ис­точников питания (дизель - генераторов, аккумуляторных батарей и др.).

12. Снижение насыщения сетей автоматической коммутационной аппаратурой, так как сами аппараты могут стать источником аварий.

13. Применение компенсации реактивной мощности (КРМ). За счет КРМ по НН можно разгрузить цеховой трансформатор по реактив­ной мощности и загрузить его дополнительно активной мощностью. Ес­ли бы не было КРМ, то для присоединения дополнительной активной мощности потребовался еще один трансформатор, что снизило бы эко­номичность и надежность цеховой сети.

14. Повышение статической и динамической устойчивости систе­мы электроснабжсния. Наиболее приемлемым средством достижения этой цели является уменьшение времени действия устройств защиты и автоматики (применение быстродействующих устройств АВР, микро­процессорной защиты и др.).

15. Повышение качества электроэнергии. В § 5.3 приведен матери­ал о влиянии качества электроэнергии на надежность систем цехового электроснабжения.

Снижение несимметрии напряжения в системах электроснабжения

можно достичь следующими мерами:

• рациональным пофазным распределением однофазных нагрузок;

• применением симметрирующих устройств.

Для снижения несинусоидальности напряжений (уменьшения высших гармоник) применяют следующие средства:

• увеличивают число фаз выпрямления; так, переход от 6-фазной к 12-фазной схеме выпрямления обеспечивает снижение неси­нусоидальности напряжения примерно в 1,4 раза;

• используют раздельное питание приемников электроэнергии с нелинейной и линейной вольтамперной характеристикой, ко­торое осуществляют от разных секций шин подстанций;

• применяют фильтры высших гармоник, которые одновременно могут использоваться и для КРМ,

Говоря о средствах повышения качества электроэнергии, следует подчеркнуть, что электроприемники по разному реагируют на измене­ние показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и это в первую очередь относится к синхронным машинам. Речь идет о таких ПКЭ, как несинусоидальность и колебания напряжсния.

Так, синхронные машины малочувствительны к изменению несинусоидальности напряжения, поэтому могут использоваться в качестве источника реактивной мощности в электрических сетях, питающих мощные вентильные преобразователи.

Колебания напряжения вызывают у синхронных машин изменение реактивной мощности, которое находится в противофазе с изменением реактивной мощности таких потребителей. В результате синхронные машины сглаживают график реактивной мощности и способствуют уменьшению колебаний напряжения.

Поэтому можно рекомендовать, где это возможно, вместо асин­хронных машин применять синхронные.

16. Применение специальной защиты КРУ 6-10 кВ. Широкое при­менение в цеховых сетях получили комплектные распределительные устройства (КРУ) напряжением 6-10 кВ. Как показал опыт эксплуата­ции КРУ, практически любое двухфазное КЗ внутри КРУ перерастает в трехфазное и даже может привести к повреждению соседних шкафов.

Решением проблемы взрывопожаробезопасности шкафов КРУ, находящихся в эксплуатации является оснащение их быстродействующи­ми дуговыми защитами. В настоящее время идет интенсивная разработ­ка устройств дуговой защиты, выполненной на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. Совершенствование таких защит значительно повысит надежность систем цехового электроснабжения.

17. Целесообразная компоновка электрооборудования, их разме­щение в цехах предприятий, обоснованная прокладка проводников. Так, например, для обеспечения надежной работы электроустановок необхо­димо выполнять прокладку проводников таким образом, чтобы повреж­дение в цепях одного агрегата не вызвало остановки других, работаю­щих независимо. Поэтому в одной трубе или коробе, одном замкнутом канале строительной конструкции или одном лотке запрещается про­кладывать цепи разных технологических фрегатов, не связанных еди­ным технологическим процессом. Из этих же соображений запрещается совместная прокладка взаиморезервирующих цепей, цепей аварийного и рабочего освещения.                                                                                                                                                                                                                                               

Кабели в неметаллической оболочке можно применять в помеще­ниях всех видов и наружных установках в металлических гибких рука­вах, стальных трубах (за исключением сырых и особо сырых помеще­ний) и неметаллических трубах и коробах, в замкнутых каналах строи­тельных конструкций.

 

ГЛАВА ШЕСТАЯ