При эксплуатации электрических машин и трансформаторов достижение запланированных технико-экономических показателей связано с правильностью их выбора.
Процедура выбора электродвигателей состоит в удовлетворении ряда требований потребителя и сводится к перебору возможных вариантов, в том числе: по роду тока, условиям пуска, конструктивному исполнению, уровню вибрации и шума, мощности и режиму работы.
Выбор по роду тока. Двигатели постоянного тока применяются лишь в тех случаях, когда двигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма, либо не экономичны. Для механизмов с продолжительным режимом работы, с редкими включениями и малыми нагрузками при пуске наиболее целесообразен синхронный двигатель, обеспечивающий высокие энергетические показатели в процессе эксплуатации для всей электроустановки в целом. Напряжение двигателя должно соответствовать номинальному напряжению сети.
Двигатели должны обеспечивать номинальную мощность при заданном диапазоне отклонения напряжения от номинального. Знание этого диапазона (оговорено в стандартах и технических условиях на соответствующие типы двигателей) особенно необходимо при выборе двигателей, работающих в автономных сетях,
где мощность нагрузки соизмерима с мощностью сети, что может приводить к существенным колебаниям напряжения.
Выбор по условиям пуска. В зависимости от условий пуска возможно применение двигателей либо основного исполнения, либо его модификаций. Например, основное исполнение асинхронных двигателей серии 4А — двигатели 4А, 4АН с короткозамкнутой обмоткой ротора — применяют при легких условиях пуска (небольшой момент инерции механизма и момент сопротивления) и при небольшом количестве пусков (не более двух в час). При тяжелых условиях пуска следует применять модификацию двигателей с повышенным пусковым моментом типа 4АР. для частых пусков и реверсов при большом моменте инерции механизма предназначена модификация с повышенным скольжением типа 4АС. Для двух последних случаев могут применяться и двигатели с фазовым ротором типа 4АК и 4АКН.
Выбор по конструктивному исполнению. Возможные характеристики окружающей среды в части ее воздействия на электрические машины и трансформаторы, а также категории размещения изложены на сайте. Эти данные приводятся в паспорте устройства и на его табличке.
Н Электрические машины, устанавливаемые в помещениях, имеют исполнение IP00 или IP20, при установке на открытом воздухе — не менее IP44, при установке в сырых или особо сырых местах — не менее IP43 и соответствующую изоляцию.
V Особое внимание следует обращать на выбор электрических машин для установок, расположенных во взрывоопасных и пожароопасных зонах. В пожароопасных зонах любого класса могут применяться электрические машины с напряжением до 10 кВ при условии, что их оболочки имеют степень зашиты не менее IP44. Для взрывоопасных зон также могут применяться электрические машины с напряжением до 10 кВ. если уровень их зашиты не менее указанного.
Выбор способа охлаждения зависит в основном от категории размещения, условий окружающей среды и класса нагревостойкости (температурного индекса) изоляции машины.
При выборе двигателя необходимо, чтобы его рабочее положение (горизонтальное, вертикальное, наклонное), способ крепления (к фундаменту, к производственному механизму и др.), исполнение выходного конца вала и их количество соответствовали одному из нормированных исполнений.
Выбор по уровню вибрации и шума. Электрические машины разбиты на пять классов по уровню шума и на семь — по уровню вибрации. На предельные уровни вибрации и шума накладывают ограничения режимы работы производственных механизмов и условия труда работающих на них людей. Так, повышенный уровень вибрации снижает класс точности станочного оборудования, а повышенный уровень шума приводит к снижению производительности труда работающих.
Выбор по мощности и режиму работы. Если двигатель работает в неноминальных режимах, это приводит, как правило, к ухудшению его энергетических показателей, т.е. к повышенному потреблению электрической энергии при одинаковой полезной работе. Опасной для двигателя является перегрузка, так как при этом температура его частей может превысить допустимую, что приведет к его преждевременному выходу из строя. Поэтому одним из основных критериев выбора двигателя по мощности является температура (превышение температуры) обмоток.
Судить о температуре отдельных частей двигателя при известном характере процесса их нагрева позволяет его график нагрузки, по которой определяются отдельные потери. Такой подход позволяет так выбрать двигатель, чтобы максимальная температура обмоток не превышала длительно допустимую. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы двигателя в течение всего срока эксплуатации. Вторым условием выбора является обеспечение устойчивой работы двигателя в периоды максимальной нагрузки или аварийного снижения напряжения.
Для правильного выбора двигателя необходимо предварительно знать точную зависимость нагрузки от времени, на базе которой можно рассчитать потери в его отдельных частях. В результате последующего теплового расчета по методикам, изложенным в книгах по проектированию электрических машин, рассчитывается максимальная температура. Если 0мах <0ном, то первое условие выполнено и двигатель проверяется по второму условию Л/нгмах < < М„ мах. В случае, если оба условия выполняются с запасом, следует проверить возможность выбора двигателя меньшей мощности
В соответствии с ГОСТ 183 — 74* установлено восемь номинальных режимов работы двигателей S1... S8. Данные о расчетном номинальном режиме работы имеются на табличке и в паспорте двигателя. При необходимости использования двигателя на другой расчетный режим работы следует провести проверку выбора по мощности в последовательности, изложенной ранее. Подробно методика выбора двигателей по мощности рассматривается в курсе электропривода и в соответствующих учебниках и справочниках.
Выбор числа и мощности трансформаторов. Число силовых повышающих трансформаторов, устанавливаемых на электростанции, определяется числом генераторов: в соответствии с нормами технологического проектирования генераторы мощностью 200 МВт и выше присоединяются к распределительному устройству высшего напряжения по блочной схеме — каждый через свой трансформатор и выключатель. При менее мощных генераторах применяются укрупненные блоки с присоединением двух генераторов к одному трансформатору.
На электростанциях небольшой мощности и ТЭЦ применяют схемы с распределительными устройствами генераторного напряжения, когда число трансформаторов может быть значительно меньше числа генераторов. При наличии на электростанции более двух распределительных устройств необходимо иметь также трансформаторы связи, что приводит к увеличению общего числа трансформаторов. Кроме того, на крупных электростанциях устанавливают мощные трансформаторы собственных нужд.
Мощность повышающих трансформаторов на электростанции должна обеспечивать выдачу в сеть энергосистемы всей активной и реактивной мощности генератора за вычетом нагрузки собственных нужд. Подстанции напряжением 35 кВ и выше выполняются по соображениям надежности с двумя трансформаторами.
На подстанции мощность трансформаторов выбирается из условия, чтобы при отключении наиболее мощных из них оставшиеся в работе трансформаторы обеспечивали питание нагрузки с учетом допустимых перегрузок. На электростанциях и подстанциях напряжением до 500 кВ устанавливаются трехфазные трансформаторы. Только при отсутствии трехфазных трансформаторов необходимой мощности (либо при транспортных ограничениях) применяются группы однофазных трансформаторов или спаренные трехфазные трансформаторы половинной мощности.
Практические вопросы
- Каковы основные содержание и задачи эксплуатации электрических машин?
- Какие условия создаются для хранения электрических машин и в чем заключаются их отличия?
- Как изменяется допустимый уровень масла в трансформаторе и чем он определяется?
- Какие параметры трансформатора контролируются перед началом хранения и монтажом?
- Чем характеризуется опасность для человека в помещениях с электрическими установками? Какова классификация этих помещений?
- Каковы критерии выбора электрических двигателей?
- Как по марке электрической машины или трансформатора можно определить их климатическое исполнение? Машины каких климатических исполнений можно эксплуатировать во всех макроклиматических районах?
- Каковы условия правильного выбора электрических двигателей по мощности?
- Как правильно выбрать количество параллельно работающих трансформаторов и их мощность?
