Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

     Внутри  камеры помещен неподвижный дугогасительный  контакт. При отключении сначала выходят из соприкосновения рабочие ножи с неподвижными рабочими контактами, а затем — дугогасительные ножи с контактами.

     При выходе дугогасительных контактов  из камеры газы, образовавшиеся  в  камере от воздействия дуги  на газогенерирующие вкладыши, выбрасываются наружу и гасят дугу, если она не была погашена в камере. Выключатель ВНП-17 отличается от рассмотренного наличием устройства, производящего автоматическое отключение при перегорании плавкой вставки любого из трех предохранителей.

     Отключаемый ток к. з. определяется соответствующими параметрами устанавливаемых здесь плавких предохранителей.

     Плавкие предохранители на напряжения выше 1 000 В используются для защиты элементов установки от токов короткого замыкания и токов перегрузки.

     На  напряжения 3—35 кВ наиболее распространены предохранители, в которых металлическая плавкая вставка включена в изолированную трубку, заполненную кварцевым   песком.

     При увеличении тока сверх поминального расплавляется плавкая вставка  и возникающая в патроне дуга интенсивно гасится. Это происходит благодаря тому, что дуга горит в узком извилистом канале, в котором она быстро охлаждается, соприкасаясь с сыпучим песком, а пары металла вставки конденсируются в объеме песка. При расплавлении вставки током к.з. цепь отключается раньше, чем ток. к. з. достигнет ударного значения, т. е. предохрани гель обладает токоограничивающим действием. Полное время отключения тока к. з. при этом оказывается равным 0,005— 0,007   с,   причем   цепь   разрывается   бесшумно.

     Для защиты силовых цепей при нормальных условиях работы выпускают предохранители типов ПК и ПКУ в исполнениях для наружной и внутренней установки. Наибольшая мощность отключения (трехфазная) для предохранителей ПК всех напряжений 200 MB•А,  а    для    усиленных    предохранителей ПКУ на 6 и 10 кВ — 350 MB • А и на 20 и 35 кВ — 500 MB • А. Электрическими параметрами, по которым выбираются силовые предохранители, являются номинальные напряжение U_н и токи  плавкой  вставки  и  патрона.

     Для защиты измерительных трансформаторов  напряжения применяются предохранители типов ПКТ и ПКТУ. У предохранителей ПТК на 6; 10; 20; 35 кВ наибольшая мощность отключения—1000 MB•A, a у предохранителей ПКТУ она не   ограничена.

     Разрядники. В результате прямого удара молнии или при грозовых разрядах вблизи воздушных линий передачи или открытых подстанций в линиях и распределительных устройствах, связанных с последними, возникают атмосферные перенапряжения. Максимальное напряжение при прямом ударе может достигать нескольких миллионов вольт, а протекающие токи достигают сотен тысяч ампер. Для защиты от прямых ударов молнии, наиболее опасных для установок всех напряжений, используют тросовые и стержневые молниеотводы.

     Перенапряжения, возникающие при разрядах вблизи линий и открытых подстанций,— индуктированные, они достигают 300—500 кВ и особенно опасны для установок напряжением до 35 кВ, изоляция которых выдерживает импульсы перенапряжений до 200 кВ. Для защиты от индуктированных перенапряжений в распределительных устройствах напряжением выше 1000 В, связанных с воздушными линиями, применяют вентильные разрядники. На самих линиях устанавливают   трубчатые   разрядники.

     Вентильные  разрядники содержат многократный искровой промежуток и рабочее сопротивление  из дисков вилита, отсоединяющее этот промежуток от сети при нормальном режиме. Под действием перенапряжения происходит импульсный пробой искрового промежутка и через рабочее сопротивление течет на землю импульсный ток. После импульсного пробоя через разрядник начинает протекать сопровождающий ток промышленной частоты, сила которого ограничивается сопротивлением вилита. Последнее сильно возрастает при снижении напряжения и уменьшает сопровождающий ток до такого значения, при котором ток прерывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение. При больших значениях тока, соответствующих импульсному пробою, сопротивление вилита г_р мало, и, несмотря на большое значение тока /, остающееся напряжение на разряднике U_р = Ir_р невелико и может быть сделано таким, чтобы не превышало допустимого для защищаемого оборудования.

     Вилитовое сопротивление изготовляется в  виде дисков диаметром 100—150 мм и толщиной 10—20 мм. Основу вилита составляют зерна карборунда (SiC), на поверхности которых создается пленка  окиси кремния   (Sa0₂)   толщиной   10^-5 см.

     Разрядник характеризуют следующие напряжения: номинальное; наибольшее допустимое; остающееся на разряднике при импульсном токе; пробивное искрового промежутка при напряжении промышленной частоты; импульсное пробивное. Например, для разрядника РВП-6 — эти напряжения (в кВ) соответственно равны: 6; 7,6; не более 30; не менее 16 и не более 19; 25, 35.

     Трубчатые разрядники, применяемые для защиты линий электропередачи, включаются между проводами линии и землей через внешний искровой промежуток, предотвращающий утечку тока на землю. Гашение сопровождающего тока в разряднике осуществляется выдуванием дуги газом газогенерирующей трубки. 

     Системы автоматического  повторного включения  и автоматического включения резерва. 

     Во  многих случаях короткие замыкания, вызывающие отключение линий электропередачи, имеют преходящий характер и самоликвидируются в короткое время (попадание между проводами линий посторонних предметов, схлестывание проводов, замыкания из-за грозовых разрядов и др.). После отключения дуга в месте к. з. исчезает, а линия остается неповрежденной. Для   сокращения   перерыва   в  электроснабжении  потребителей линии снабжают устройствами автоматического повторного включения (АПВ), автоматически включающими линию через 0,5—1,5 с после ее отключения защитой.

     Опыт  показывает, что число случаев, когда  линия после первого повторного включения остается в работе, достигает 90%.

     АПВ может быть применено как на линии  передачи, питающей ряд нагрузок, так и на ответвлении для отдельных трансформатора, электродвигателя и т. п. Устройства АПВ широко применяют в системах электроснабжения нефтяных и газовых промыслов, установок транспорта и хранения нефти и газа. Наиболее распространенными здесь являются трехфазные устройства АПВ, включающие повторно одновременно все три фазы выключателя.

     Существуют  механические устройства АПВ, выполняющие вслед за действием защиты повторное включение при помощи механических приспособлений, устанавливаемых на приводах выключателей, и электрические устройства, осуществляющие включение при помощи реле, воздействующих на включающий орган привода.

       После отключения выключателя от действия защиты или от замыкания контактов ключа управления вручную подается «минус» цепи оперативного тока на зажим  реле. При этом возбуждается реле времени. Заряженный ранее конденсатор при замыкании проскальзывающего контакта разряжается через обмотку напряжения реле и обмотку сигнального реле. Эти реле кратковременно срабатывают. Контакт замыкает цепь катушки включения выключателя, подавая «плюс» от зажима через токовую катушку реле к зажиму. Токовая катушка удерживает реле во включенном положении.

     Если  первый цикл АПВ оказался безуспешным  и линия вновь отключена защитой, реле времени повторно возбуждается. Но замыкание контакта не приводит к срабатыванию реле, так как конденсатор не успел зарядиться. Реле срабатывают, получая питание через проскальзывающий контакт от конденсатора. Происходит второй цикл АПВ.

     При безуспешном действии во втором цикле  АПВ происходит новый пуск реле РПВ-258, но замыкание контактов неприводит к срабатыванию реле, так как ни один из конденсаторов не успевает зарядиться. Скорости заряда конденсаторов ограничиваются сопротивлениями. Сопротивления 
создают цепи разряда конденсаторов при наличии  защит,   действие  которых не должно сопровождаться   повторным   включением.    При   этом  реле не возбуждается. Сопротивление обеспечивает термическую     стойкость     при длительном   включении  поднапряжение   элемента   времени .

     Диод  предотвращает разряд конденсатора после подачи «минуса» на зажим, исключая возможность отказа реле. Диод исключает разряд конденсатора на внешний источник питания.

     Выдержка  времени реле регулируется в пределах 1—20 с. Время восстановления готовности реле к повторному действию после  второго цикла АПВ составляет 60—100 с.

     Для потребителей 1-й категории надежности, обеспечиваемых резервными источниками  питания, последние включаются автоматически в случае прекращения питания от основных источников. Это осуществляется системой автоматического включения резерва (АВР) на РП и подстанциях. Предусматривается также АВР двигателей ответственных агрегатов (например, насосов системы охлаждения компрессорных станций и др.). Наиболее часто предусматривается АВР резервной линии и секционного выключателя.  

     Электропривод.

     Общие сведения о системах электроприводах. 

     Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов и состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств.

     Таким образом, под электроприводом понимается комплексное устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией.

     Электроприводы бывают групповыми, одиночными и многодвигательными. При групповом электроприводе один двигатель приводит в движение несколько механизмов. Примером группового электропривода может быть электропривод лебедки и ротора буровой установки БУ-80БрЭ.

     При одиночном электроприводе каждый производственный механизм имеет собственный приводной двигатель, например электропривод центробежного насоса.

     Многодвигательный электропривод содержит несколько  двигателей, каждый из которых приводит в движение отдельный рабочий орган производственного механизма. Комплекс АСП для автоматизации спуско-подъемных операций при бурении имеет многодвигательный электропривод.

     В нефтяной и газовой промышленности наиболее распространены одиночные электроприводы механизмов. 

     Уравнение движения электропривода. 

     Движение  электропривода, как и всякого  механизма, подчиняется законам динамики и определяется действующими силами (моментами). Вращающий момент М_дв, развиваемый двигателем, в любой момент времени уравновешивается суммой моментов статического сопротивления М_с и динамического (инерционного) М_дин:

     М_дв = М_с + М_дин.      (1)

     Уравнение (1) называется уравнением движения электропривода. Вращающий момент двигателя считают положительным, если он направлен в сторону движения (способствует движению), и отрицательным, если он препятствует движению (тормозной момент).

     Статический момент, приложенный к валу двигателя, состоит из слагаемого, соответствующего полезной работе, совершаемой механизмом, и работе сил трения. Моменты статического сопротивления подразделяют на реактивные и активные (потенциальные). Реактивные моменты (моменты сил трения, сопротивления резанию и пр.) препятствуют движению и в уравнении (1) всегда принимаются со знаком «плюс». Потенциальные моменты (моменты от силы тяжести, сжатия, растяжения или скручивания упругих тел) могут либо препятствовать движению, либо способствовать ему. В первом случае они принимаются со знаком «плюс», во втором — «минус». Статические моменты  определяют  расчетным   или  экспериментальным   путем.

     Динамический  момент определяется угловым ускорением и моментом инерции электропривода J.