Глава двенадцатая
ЭЛЕКТРОПРИВОД, ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ, АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ,
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
12.7. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Системой электроснабжения называется совокупность устройств, служащих для передачи, преобразования и распределения электрической энергии. Система электроснабжения промышленного предприятия предназначена для снабжения электроэнергией приемников, к которым относятся электродвигатели различных производственных механизмов, электрические печи, установки электрической сварки, осветительные, электролизные установки и т. п.
Источниками электроэнергии являются тепловые (ТЭС) или гидравлические (ГЭС) электрические станции, электрическая энергия на которых вырабатывается синхронными генераторами трехфазного тока. Последние приводятся в движение соответственно паровыми и гидравлическими турбинами. На тепловых электростанциях происходит преобразование тепловой энергии при сгорании угля, газа и т. д. На атомных электростанциях тепловая энергия есть результат расщепления атомов урана или других радиоактивных элементов в атомных реакторах. Гидротурбины используют энергию падающей воды.
В Советском Союзе созданы крупнейшие в мире тепловые, гидравлические и атомные электростанции. Вступили в строй Куйбышевская, Волгоградская, Братская, Красноярская и ряд других крупных гидростанций. Действуют Ново-Воронежская, Белоярская и другие атомные электростанции. Мощные тепловые электростанции располагаются в местах больших запасов нефти, газа, угля, перевозка которых железнодорожным и водным транспортом неэкономична. Электрическая энергия от удаленных электростанций к промышленным районам передается посредством высоковольтных линий электропередачи переменного тока при напряжении 110, 220, 400, 750, 1150 кВ. Существуют линии передачи на постоянном токе при напряжении до 750 кВ и строится линия на 1500 кВ. В крупных городах и промышленных районах, где по технологическим условиям требуются горячая вода и пар, сооружаются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ удовлетворяют технологические нужды промышленных предприятий в паре и горячей воде и одновременно вырабатывают электроэнергию.
Для обеспечения бесперебойного снабжения потребителей, удобства ремонта и более рационального использования электрооборудования, а также в целях экономии топлива электростанции промышленных районов соединяют между собой высоковольтными линиями в общее энергетическое кольцо. На рис. 12.14 изображена система электроснабжения промышленного района.
 |
Рис. 12.14. Схема электроснабжения промышленного района |
 |
| Рис. 12.15. Схема электроснабжения промышленного предприятия |
Электростанции промышленного района (ТЭС, ТЭЦ, ГЭС) с помощью высоковольтных воздушных линий ЛЭП отдают вырабатываемую электроэнергию в высоковольтное кольцо, оборудованное несколькими распределительными подстанциями РПС. От подстанций энергия по высоковольтным воздушным или кабельным линиям подступает на центральные распределительные подстанции ЦРП промышленного предприятия и далее к распределительным пунктам РП цехов предприятия. Представление о системе электроснабжения и электрооборудования промышленного предприятия можно составить, рассмотрев примерную электрическую схему рис. 12.15 и соответствующий ей план расположения электрооборудования (рис. 12.16).
Генератор Г электрической станции вырабатывает энергию при напряжении 6, 10, 15, 24 кВ. Энергия поступает к повышающему трансформатору Т1, который повышает напряжение до 110, 220, 400, 500, 750 кВ. Энергия высокого напряжения через выключатель ВМ и разъединитель Р с помощью линии электропередачи ЛЭП поступает в районную распределительную подстанцию РПС. От распределительной подстанции энергия с помощью кабеля или воздушной линии передачи ЛЭП через разъединитель Р и выключатель ВМ поступает к понижающему трансформатору Т2 центрального распределительного пункта ЛРП промышленного предприятия, преобразующего энергию до напряжения 6, 10, 35 кВ. От трансформатора энергия поступает на шины распределительного устройства РП и оттуда через соответствующую аппаратуру — в цеховой распределительный пункт РП, в котором электрическая энергия с помощью понижающего трансформатора Т3 понижается до напряжений 127, 220, 380 или 500 В и поступает на шины РП. От шин РП энергия подводится к потребителям: двигателям Д, электрическим печам ЭП, осветительным приборам Л и т. п.
 |
Рис 12.16. План расположения электрооборудова- ния системы электроснабжения промышленного предприятия |
Рассмотрим назначение основных элементов системы электроснабжения.
Линия электропередачи предназначена для передачи электроэнергии от источника к потребителю. При больших расстояниях она выполняется в виде воздушной линии, в которой энергия передается по голым алюминиевым или сталеалюминиевым (иногда медным) проводам, подвешенным с помощью изоляторов к металлическим или железобетонным опорам. На территории городов, рабочих поселков, заводов снабжение потребителей осуществляется с помощью кабелей, проложенных в земле в траншеях или кабельных каналах. Воздушные линии в этих случаях представляли бы существенную опасность и создавали бы большие неудобства для транспорта и т. п.
Сечение проводов линии электропередачи и потери мощности в ней определяются значением тока:
| I = | P | . |
| √3U cos φ |
Таким образом, чем больше напряжение, тем меньше ток, а, следовательно, сечение проводов и потери мощности в проводах:
ΔР = 3I2rп,
где rп — сопротивление проводов.Для передачи энергии большой мощности на значительные расстояния выбирают напряжение такого значения, при котором потери энергии, стоимость проводов и всех элементов (опор, изоляторов и т. п.) линии электропередачи оказываются наименьшими. В большинстве случаев экономически выгодное напряжение линии электропередачи оказывается значительно выше напряжения энергии, вырабатываемой генераторами электростанции.
Повышающий трансформатор служит для повышения генераторного напряжения до необходимого значения напряжения линии электропередачи.
Понижающие трансформаторы РП заводов понижают напряжение до значений, на которые рассчитаны заводские потребители. Потребители малой и средней мощности обычно выполнены на одно из стандартных напряжений: 220, 380 и 500 В.
Двигатели большой мощности, например двигатели компрессоров, насосов, воздуходувок, прокатных станов, выполняют на напряжения 3,6 и 10 кВ.
Выключатели высокого напряжения служат для включения и отключения линии электропередачи или отдельных высоковольтных потребителей дежурным персоналом, а также для автоматического отключения при коротких замыканиях и других аварийных режимах. При размыкании контактов высоковольтных выключателей вследствие высокого напряжения и большой мощности между ними возникает электрическая дуга большой разрушительной силы, особенно при отключении линии при коротком замыкании. Для гашения дуги выключатели снабжены специальными дугогасительными устройствами. В противном случае электрическая дуга при отключении могла бы разрушить контакты и вывести из строя весь выключатель. Применяются многообъемные и малообъемные масляные выключатели различных конструкций. В настоящее время широко распространены воздушные выключатели, в которых гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, выдувающим дугу из промежутка между контактами. Разъединители служат для снятия напряжения с отдельных участков линии передачи или с отдельных элементов высоковольтного оборудования и создания видимого разрыва. Это необходимо для обеспечения полной безопасности при ремонте высоковольтного оборудования. Разъединители не имеют устройств для гашения электрической дуги, поэтому снятие и последующая подача напряжения с их помощью может быть осуществлена только при отсутствии тока в линии. Исключением являются цепи силовых трансформаторов до определенной мощности.