Электрооборудование торфопредприятий - Электрооборудование электрифицированных торфяных машин по механической переработке торфа

Глава 9
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ТОРФЯНЫХ МАШИН И ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ТОРФА

§ 9-1. Общие сведения

Самоходные электрифицированные торфяные машины используются в технологических процессах добычи кускового торфа, частично фрезерного, а также в процессах уборки, штабелирования и погрузки торфа.
Электрооборудование этих машин работает в условиях вибраций, сотрясений при широком диапазоне температур, наличии пыли, грязи и атмосферных осадков.
Электроприводы торфяных машин работают в режимах нагрузок: продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном.
Режим работы ряда электроприводов (погрузочные краны) характеризуется частыми пусками и реверсами, быстрыми разгонами и остановками, резкими толчками. Отдельные электроприводы (поворотные механизмы, механизмы передвижения) требуют плавного изменения скорости движения, ограничения ускорении в переходных режимах, а следовательно, и динамических нагрузок на конструкции машин.
Питание электроприводов торфяных машин осуществляется от воздушной или кабельной сети непосредственно или через понизительные трансформаторы. Торфяная машина присоединяется к сети с помощью гибкого (торфяного) кабеля, концы которого подводятся либо к распределительному устройству на машине, либо к кольцевому токосъемнику с контактными кольцами (для машин с поворотной рамой). Ток с контактных колец через наложенные на них щетки подводится затем к распределительному устройству. Такая система токоподвода позволяет производить поворот рамы машины без опасения повредить кабель.
В отдельных случаях торфяная машина имеет· дизель-электрический привод. Источником электрической энергии здесь служит синхронный генератор.             
Согласно Правилам, все торфяные электроустановки напряжением до 1000 В должны иметь мгновенную защиту от однополюсных замыканий на землю; на каждой электрифицированной торфяной машине предусматривается контроль состояния изоляции электрической сети.

Основными предприятиями по механической переработке торфа являются торфобрикетные заводы. На них осуществляется производственный процесс, в ходе которого фрезерный торф превращается в монолитный и прочный кусок определенной формы и размеров — брикет. Этот процесс называется брикетированием торфа. Он включает следующие технологические операции: дробление, грохочение, тепловую сушку и прессование. Все эти отдельные операции связаны в непрерывный производственный поток с помощью механизированного транспорта.
Для осуществления технологического процесса брикетирования торфа на действующих заводах применяется различное механическое оборудование, которое можно разбить на следующие характерные группы:
механизмы для приема, подачи, распределения и транспорта торфа в пределах завода;
механизмы для измельчения торфа;
механизмы сушилок;
торфобрикетные прессы.
Электроприводы механизмов выполняются главным образом на переменном токе. В отдельных случаях по соображениям широкого и плавного регулирования скорости вращения используются приводы постоянного тока.
Режим работы электроприводов в основном продолжительный с малоизменяющейся нагрузкой. Отдельные приводы (торфобрикетные прессы) имеют циклическую резкопеременную нагрузку.
Управление электроприводами дистанционное — местное и централизованное. В схемах управления широко используются блокировочные связи, позволяющие обеспечить заданную последовательность (программу) работы механизмов.
Электродвигатели и аппараты управления имеют закрытое или взрывобезопасное исполнение в зависимости от характеристики производственного помещения.
Электроснабжение торфобрикетных заводов осуществляется в настоящее время от энергосистем. Для производства тепловой энергии на заводах сооружаются собственные котельные. В более ранний период на торфобрикетных заводах предусматривались теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие электрическую и тепловую энергию.
Питание электроприемников напряжением до 1000 В производится от сетей трехфазного тока с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В.
При изучении электрооборудования торфяных электроустановок необходимо уметь критически оценивать установленное электрооборудование: его назначение, режим работы, конструктивное исполнение, тип электропривода, систему управления, защиту от ненормальных режимов, заземление, возможность повышения производительности рабочей машины путем применения регулируемых электроприводов.

§ 9-2. Электрооборудование машин кускового торфа

В основу технологического процесса производства кускового торфа положен экскаваторный способ. На крупных торфопредприятиях применяют электрифицированные экскаваторы типа ТЭМП-2М (торфяной экскаватор, многоковшовый, поворотный), работающие совместно с двумя электростилочными машинами типа ЭСМ. 

Рис. 9-1. Схема электроснабжения и работы экскаватора ТЭМП-2М с двумя электростилочными машинами.

Для механизированной уборки и штабелирования кускового торфа используется комплект машин УКБ-СКС.
Экскаватор ТЭМП-2М имеет следующие основные механизмы: нижнюю платформу в виде рамы на гусеничном ходу, верхнюю поворотную платформу, экскавирующее устройство, сепаратор пней, приемный транспортер, торфоперерабатывающий механизм (молотковая дробилка или двухвальный пресс) и поворотный выдающий транспортер. На нижней платформе укреплена стрела для выноса кабелей электростилочных машин.
Торф-сырец, экскавируемый из залежи поступательно движущимися вдоль ковшовой рамы ковшами, проходя через сепаратор пней; поступает с помощью приемного транспортера в перерабатывающий механизм. Переработанная торфомасса подается на поворотный выдающий транспортер, откуда опа загружается в кузов электростилочной машины.
В процессе экскавации торфа экскаватор стоит на месте, а ковшовая рама за счет поворота верхней платформы поворачивается в ту или другую сторону на угол, соответствующий нормальному заполнению ковшей. После каждого поворота рамы механизм поворота верхней платформы останавливается и экскаватор с помощью гусеничного хода передвигается на новое место (короткая передвижка). На рис. 9-1 приведена  схема электроснабжения и работы торфяного агрегата, состоящего из экскаватора ТЭМП-2М и двух электростилочных машин ЭСМ. Энергия для питания электроприемников агрегата подается на экскаватор 1 при помощи торфяного кабеля 5. Кабель подключается к кольцевой воздушной линии 4 напряжением 6 кВ через разъемный разъединитель, установленный на опоре 6. Для понижения напряжения на экскаваторе установлен силовой трансформатор мощностью 320 кВА со вторичным номинальным напряжением 0,525 кВ. К кольцевой воздушной линии подключаются также передвижные трансформаторные подстанции для питания уборочных агрегатов УКБ-СКС.
Подготовленная торфомасса загружается в электростилочную машину 2, вторая электростилочная машина 3 выстилает торф и после выстилки возвращается задним ходом к экскаватору, занимая положение 3а. Обе машины работают по Челноковой схеме.
Все механизмы экскаватора, за исключением привода полотна приемного транспортера, имеют одиночный электропривод (табл. 9-1).                                                
Полотно приемного транспортера приводится в движение от привода торфоперерабатывающего механизма с помощью колодочного фрикциона. 
Таблица 9-1

Электроприводы имеют асинхронные нерегулируемые электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Управление электроприводами экскаватора дистанционное (кнопочное) и осуществляется с пультов управления, установленных в кабинах машиниста и его помощника.
Принципиальная схема электрооборудования экскаватора ТЭМП-2М приведена на рис. 9-2 (а, б, в, г).
Первичная обмотка трансформатора 320 кВА присоединяется к распределительному высоковольтному ящику типа РВНО-6, который при помощи гибкого кабеля ΓΤШ-6 и разъемного разъединителя подключается к воздушной линии 6 (3) кВ. Внутри ящика РВНО-6 установлена высоковольтная аппаратура, предназначенная для включения трансформатора и защиты его от ненормальных режимов.
Вторичная обмотка трансформатора при помощи воздушного автомата А с максимально нулевой защитой присоединяется к распределительному устройству 500 В. К верхним зажимам автомата подключены приборы контроля состояния изоляции: комплект неоновых ламп КН и асимметр Ас. Размыкающий контакт асимметра включен в цепь нулевого расцепителя 1РН ящика РВНО-6 (рис. 9-2,б). В случае однофазного замыкания на землю в сети 500 В реле асимметра сработает и нулевой расцепитель 1РН отключит высоковольтный выключатель ВВ, который отсоединит от сети 6 (3) кВ силовой трансформатор. Для периодической проверки исправности асимметра предусмотрена кнопка 21П. При нажатии кнопки асимметр должен сработать.
При отключении высоковольтного выключателя ВВ остаются под напряжением трансформатор напряжения TH, 6000/100 В и питающийся от него осветительный однофазный трансформатор ОТ, 100/12 В, предназначенный для питания аварийного и ремонтного освещения.
Управление электроприводами экскаватора, за исключением привода торфоперерабатывающего механизма, осуществляется при помощи реверсивных (электродвигатели 3 ... 8) и нереверсивных (электродвигатели 9 ... 11а) магнитных пускателей со встроенными тепловыми реле, выполняющими защиту от перегрузок. Защита от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителями. Электропривод ковшовой цепи реверсивный, что позволяет при его обратном ходе удалять заклинившиеся предметы.
Управление электроприводом торфоперерабатывающего механизма также дистанционное, но вместо магнитных пускателей, которые не изготовляются на большие мощности, используются отдельные трехфазные контакторы — 2К. Для защиты от токов короткого замыкания предусмотрены реле максимального тока — 5РМ, 6РМ.
В цепях ответвлений для питания электростилочных машин 1а и 1б установлен общий контактор 1К и трехполюсные рубильники с предохранителями на каждое ответвление (рис. 9-2, а).
Переключатель позволяет подключать к сборным шинам 500 В привод насоса или электросварочный аппарат.

Для питания цепей управления электроприводами, сигнализации и освещения на экскаваторе установлен трехфазный трансформатор мощностью 2,5 кВА, напряжением 133 В.
Цепи управления электроприводами приведены на рис. 9-2, г. Кнопочные станции цепей управления располагаются на двух пультах управления, установленных соответственно — один в кабине машиниста, другой — в кабине помощника машиниста.
Цепь 1—2 (рис. 9-2, г) контролирует наличие напряжения в цепях управления. В случае резкого снижения или исчезновения напряжения нулевой расцепитель 2РН (реле напряжения) воздушного автомата А срабатывает, что приводит к отключению всех электроприемников, питающихся от шин 500 В. Для аварийного отключения электроприемников на каждом пульте управления имеются аварийные кнопки 1А и 2А, разрывающие цепь нулевого расцепителя 2РН.
Цепь 3—4 осуществляет управление контактором 1К привода электростилочных машин.
Цепь 5—6 управляет контактором 2К привода торфоперерабатывающего механизма. Пусковая кнопка 2П1 в цепи контактора 2К привода торфоперерабатывающего механизма имеет четыре замыкающих контакта. При нажатии этой кнопки одновременно с подачей напряжения на катушку 2К шунтируются размыкающиеся контакты 5РМ и 6РМ максимальных токовых реле, которые в момент пуска размыкают свои контакты, так как реле настроены на токи меньше пусковых. Две другие пары контактов 2ПЗ и 2П4 пусковой кнопки подключают сопротивления 1СШ и 2СШ (рис. 9-2, в) в цепь вторичных обмоток трансформаторов тока, шунтирующих катушки токовых реле 1РМ и 2РМ в ящике РВНО-6, что уменьшает токи, протекающие по этим реле, и не позволяет отключиться высоковольтному выключателю в моменты броска пускового тока электродвигателя торфоперерабатывающего механизма.
В схемах управления электроприводами ковшовой цепи и поворота верхней платформы (цепи 9—8 и 11—10) отключение электродвигателей приводов осуществляется с двух мест: кнопками 4С и 6С, расположенными на пульте управления машиниста, и кнопками 3С и 5С — на пульте управления помощника машиниста. При отключении электродвигателя привода ковшовой цепи кнопкой 3С помощник машиниста извещает об этом машиниста путем включения кнопкой 18П в цепи 27—26 звонка 3в, установленного на пульте управления машиниста. Одновременно при нажатии на кнопку ЗС происходит размыкание кнопки 5С, механически связанных между собой, и отключение электродвигателя привода верхней платформы. Электродвигатель отключается также автоматически конечными выключателями КВВ и КВН в крайних положениях ковшовой рамы.
Схема управления электроприводом поворота выдающего транспортера (цепь 13—12) не имеет кнопки «Стоп». Электродвигатель работает в толчковом режиме, пока нажата кнопка 7П1 или 8П1. 

Рис. 9-2. Схема электрооборудования экскаватора ТЭМП-2М.
Остальные цепи управления электроприводами экскаватора представляют собой обычные схемы с реверсивными и нереверсивными магнитными пускателями.
Для подачи сигнала сиреной С (рис. 9-2, б), установленной на крыше экскаватора, служат кнопки 19П и 20П в кабинах машиниста и его помощника.
Заземление экскаватора выполняется из стальных уголков или труб, переносимых поочередно по мере передвижения экскаватора. Его естественными заземлителями служат гусеницы, а также опущенная ковшовая рама с углубленными в торфяную залежь ковшами. При расчете заземления естественные заземлители экскаватора не учитываются.
Для контроля токовой нагрузки на экскаваторе служит амперметр, установленный в ящике РВНО-6. Амперметр показывает суммарную нагрузку силового трансформатора, включая также нагрузку электростилочных машин.

При переработке торфомассы пониженной влажности электрооборудование экскаватора, ТЭМП-2М претерпевает некоторые изменения. Вместо торфопресса устанавливается молотковая дробилка МД О, для привода которой и привода приемного транспортера принимается электродвигатель мощностью 320 кВт, напряжением 6(3) кВ. Для управления этим электродвигателем на экскаваторе устанавливается второй ящик РВНО-6. Кроме того, для приводов питателя дробилки и приемного транспортера принимаются электродвигатели мощностью соответственно 5,5 и 4,5 кВт, напряжением 500 В. Общая установленная мощность электродвигателей на экскаваторе увеличится, таким образом, на 280 кВт. Нагрузка силового трансформатора 320 кВА несколько уменьшается за счет снижения мощности на стороне 500 В.
Электростилочная машина ЭСМ-8А предназначена для выстилки торфа. Она имеет следующие электроприводы: групповой механизм передвижения машины и шнека с транспортером, механизм подъема и опускания заслонки кузова и стилочного аппарата. Для привода механизма передвижения и шнека с транспортером принят асинхронный электродвигатель с фазным ротором мощностью 100 кВт; для привода механизма заслонки и стилочного аппарата — асинхронный короткозамкнутый электродвигатель мощностью 4,5 кВт.
Применение электродвигателя с фазным ротором для механизма передвижения машины позволяет получить большой пусковой момент при ограниченном пусковом токе, обеспечить плавность пусковой операции и регулирование скорости передвижения машины.
Схема электрооборудования электростилочной машины ЭСМ-8А приведена на рис. 9-3. Электроприемники машины получают питание при помощи гибкого кабеля от распределительного устройства РУ-500 В экскаватора ТЭМП-2М. Кабель наматывается на кабельный барабан, установленный на электростилочпой машине. Концы кабеля присоединяются с помощью щеток к кольцевому токосъемнику, который вращается вместе с барабаном (рис. 9-3, а). От токосъемника электроэнергия подается на общин рубильник и затем на линейный контактор. К верхним зажимам рубильника присоединены прибор контроля изоляции и трехобмоточный понижающий трансформатор напряжения 500/127/12 В.
Управление электроприводом механизма передвижения машины ручное, осуществляется при помощи кулачкового контроллера. Для защиты электродвигателя от перегрузок и от токов короткого замыкания предусмотрены соответственно — тепловые реле 1РТ, 2РТ и крановое токовое реле 1РМ.
Между контроллером и линейным контактором 1К имеется блокировка, не позволяющая включить линейный контактор, если контроллер не находится в нулевом положении. Блокировка осуществляется контактом контроллера, через который проходит цепь катушки линейного контактора. Контакт КК замкнут только в нулевом положении контроллера.

Рис. 9-3. Схема электрооборудования электростилочной машины ЭСМ-8А: а — схема глазных цепей 500 В; б — элементная схема цепей управления.

Для управления и защиты электроприводом механизма подъема и опускания заслонки кузова и стилочного аппарата применяются реверсивный магнитный пускатель и максимальное токовое реле 2РМ.
Цепи управления электроприводами приведены на рис. 9-3,б. В общую часть цепей управления включены размыкающие контакты токового реле 2РМ. При срабатывании реле отключаются оба электродвигателя электростилочной машины.

Рис. 9-4. Технологическая схема механизированной уборки и штабелирования экскаваторного торфа:
1 — уборочная машина УКБ-4; 2 — самоходный кузов СКС-2;
3 — передвижная экскаваторная подстанция 6/0,525 кВ; 4 — воздушная высоковольтная линия 6 кВ; 5 и 6 — питающие кабели; 7 — караваны торфа; 8 — картовые канавы; Lс — длина стилки.

Заземление машины выполняется с помощью четвертой жилы шатающего кабеля, которая присоединяется к заземленному корпусу экскаватора. Защита от однофазных замыканий на землю осуществляется асимметром, установленным на экскаваторе.
Комплект машин УКБ-СКС предназначен для механизированной уборки и штабелирования кускового торфа. Он состоит из уборочной машины УКБ и одного или двух самоходных саморазгружающихся кузовов СКС.
На рис. 9-4 приведена технологическая схема механизированной уборки и штабелирования экскаваторного торфа уборочной машиной типа УКБ и самоходным кузовом СКС.

Торфяные кирпичи, захватываемые с поверхности поля скребками самотаски машины УКБ, поступают на наклонный скребковый транспортер, подающий их в самоходный кузов СКС. Машины передвигаются совместно вдоль карт до заполнения кузова. Груженый кузов отправляется затем к каравану, разгружается и возвращается к уборочной машине для очередной загрузки. Машины работают по Челноковой схеме. После уборки одной полосы машины, двигаясь, например, в направлении от карьера к каравану, производят уборку следующей полосы, двигаясь обратным ходом в направлении от каравана к карьеру.
Таблица 9-2

Данные электроприводов комплекта машин УКБ-СКС приведены в табл. 9-2.
Питание электроприемников комплекта машин УКБ-СКС производится от передвижной подстанции мощностью 100 кВА, напряжением 6(3)/0,525 кВ. Подстанция, перемещаясь вдоль карьера (рис. 9-4), получает электроэнергию от воздушной линии при помощи гибкого кабеля марки ГТШ. Опоры воздушной линии устанавливаются на бровке картовых канав (рис. 9-5) на расстоянии 50 м друг от друга. От передвижной подстанции отходят два кабеля марки КТГ или ГРШС длиной по 300 м для питания машины УКБ и кузова СКС. Вводные концы каждого кабеля, наматываемые на кабельные барабаны, присоединяются к кольцевым токосъемникам соответствующих машин.
Схема электрооборудования уборочной машины УКБ-4 приведена на рис. 9-6. Напряжение 500 В поступает от кольцевого токосъемника на вводной автомат А, имеющий максимальный РМ и нулевой PH расцепители. К верхним зажимам автомата (рис. 9-6, а) подключены комплект неоновых ламп КН для контроля изоляции в сети 500 В и понизительный трансформатор собственных нужд ТС мощностью 2,5 кВА, напряжением 500/133/12 В. 

К нижним зажимам автомата подключено распределительное устройство 500 В (РУ-500), от которого питаются электродвигатели отдельных механизмов. Характеристика асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором приведена в табл. 9-2.
Управление электроприводами машины УКБ-4 дистанционное и осуществляется с помощью магнитных пускателей. 

Рис. 9-5. Расположение опор воздушной высоковольтной линии 6 кВ и машин на картах:
а — схема с расположением машин УКБ-4 и СКС-4 на смежных картах (перекидной лоток повернут вперед); б — схема с расположением машин на одной карте.

Рис. 9-6. Схема электрооборудования уборочной машины УКБ-4: а — схема главных цепей; б — элементная схема цепей управления.

В схеме управления электроприводами (рис. 9-8, б) предусмотрена блокировка электродвигателей самотаски 2 и транспортера 3. Пуск обоих электродвигателей осуществляется одновременно при нажатии кнопки 3П1 в цепях 5—6 и 6—7.
В цепях управления электроприводами подъема самотаски и расчистителей (цепи 9—8, 11—10, 13—12) предусмотрены конечные выключатели 3КВ ..., 5КВ, ограничивающие ход при подъеме, а также разматывание троса при работе механизма на опускание. В этих цепях кнопки Пуск используются только в толчковом режиме. Поэтому кнопки Стоп здесь не предусмотрены.
Защита электродвигателей от токов короткого замыкания осуществляется максимальными токовыми реле РМ. Для защиты от перегрузок служат тепловые реле РТ, встроенные в магнитные пускатели. Защита от однофазных замыканий на землю в сети 500 В выполнена с помощью асимметра, установленного на передвижной подстанции.
Схема электрооборудования кузова СКС-2 в основном аналогична схеме электрооборудования электростилочной машины ЭСМ-8А (рис. 9-3).
Напряжение 500 В подводится к электроприемникам кузова СКС-2 через кольцевой токосъемник. Электропривод механизмов передвижения кабельного барабана с винтовым кабелеукладчиком и выдающего транспортера — групповой и осуществляется от асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Управление электродвигателем ручное и осуществляется кулачковым контроллером.
Электропривод масляного насоса гидравлической системы асинхронный с короткозамкнутым ротором. Управление электроприводом дистанционное, осуществляется при помощи нереверсивного магнитного пускателя, сблокированного с трехходовым краном масляной системы. В положении крана «Подъем бункера» автоматически включается электродвигатель насоса. При достижении бункером требуемой высоты кран приводится в положение «Стоп» и электродвигатель насоса автоматически отключается. В положении крана «Опускание бункера» электродвигатель остается включенным в сеть.