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

     Однако  непосредственным решением уравнения (1) нельзя выбрать двигатель, поскольку в это уравнение входит момент инерции электропривода, зависящий от параметров выбранного двигателя. Поэтому предварительно выбирают мощность двигателя на основании нагрузочной диаграммы производственного механизма без учета динамического момента.

     Мощность  двигателя выбирают по каталогу ориентировочно так, чтобы она была на 15—20% больше средней мощности, а затем строят нагрузочную диаграмму электропривода, т. е. зависимость от времени момента, развиваемого двигателем, с учетом динамического момента. Предварительно выбранный двигатель проверяют по нагреву, допустимым кратковременным перегрузкам и возможности пуска. 

     Режимы  работ электроприводов  и нагрузочные  диаграммы. 

     При рассмотрении законов нагревания и  охлаждения двигателей предполагалось, что нагрузка двигателя в течение продолжительного времени остается постоянной, а следовательно, остается неизменным и τ_уст. В действительности нагрузка двигателя в процессе его работы может изменяться. Кроме того, двигатель может эпизодически или периодически отключаться на некоторое время. ГОСТ 183—74 устанавливает восемь номинальных режимов работы двигателей в зависимости от характера и длительности его работы. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся режимы 

     

 

  Рис. 8. Упрощенные графики работы электроприводов  и соответствующие кривые нагрева  двигателя при продолжительном  (а), кратковременном (б) и повторно – кратковременном (в) режимах работ 
 

     Продолжительным режимом (S1) работы двигателя считается такой режим, при котором период работы настолько велик, что температура двигателя при неизменной температуре окружающей среды достигает своего установившегося значения, определяемого нагрузкой (рис. 8, а). В продолжительном режиме работают приводные двигатели центробежных насосов и нагнетателей, буровых насосов, станков-качалок и пр. При продолжительном режиме работы нагрузка двигателя может быть либо неизменной, либо переменной. В последнем случае время работы двигателя на отдельных участках нагрузочной диаграммы должно быть значительно меньше постоянной времени нагревания двигателя.

     Кратковременный режим (S2) характеризуется тем, что двигатель работает под нагрузкой ограниченное время t_K, в течение которого его температура не успевает достигнуть установившегося значения. Затем двигатель отключают и он оста-навливается, причем за время отключения он успевает полностью охладиться (рис. 8, б). В таком режиме работают приводы превентеров и задвижек. Мощность, которую двигатель может развить в течение определенного времени, не нагреваясь выше допустимых пределов, называется номинальной кратковременной. На щитке двигателя, предназначенного для кратковременной работы, указывается номинальная мощность Р_н (кВт) в течение времени t_K (мин). Стандартное время рабочих периодов 10, 30, 60 и 90 мин.

     При повторно-кратковременном режиме (S3) время работы двигателя под нагрузкой  t_р чередуется с паузами t_п, когда двигатель отключается от сети (рис. 8, в). Общая продолжительность одного цикла работы двигателя (t_р + t_n) не должна превышать 10 мин. При этом режиме температура двигателя ни в одном из периодов не достигает установившегося значения, а во время пауз двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, что приводит к постепенному повышению температуры до наступления баланса между количеством выделенного тепла и количеством тепла, отдаваемого в окружающую среду, когда наибольшие температуры нагрева в конце каждого рабочего периода перестают расти. При правильном выборе двигателя он может работать неограниченное число циклов, не нагреваясь до температуры выше допустимой. В таком режиме работают приводы буровых лебедок, строительных кранов и некоторых металлорежущих станков.

     Повторно-кратковременный  режим работы характеризуется относительной  продолжительностью включения, под  которой понимается отношение времени  рабочего периода к времени одного цикла:

           

                    t_p 

      ПВ =         100%

                      t_p + t_п  

     Двигатели, предназначенные для работы в  повторно-кратковременном режиме, изготовляются для ПВ, равном 15, 25, 40 и 60%- Если время цикла превышает 10 мин, режим работы двигателя обычно считается продолжительным.

     Перемежающийся  режим (S6) работы двигателя подобен повторно-кратковременному, однако во время пауз двигатель не отключается от сети, а продолжает вращаться вхолостую. В таком режиме работают синхронные двигатели привода буровых лебедок с электромагнитными муфтами.

     Перемежающийся  режим работы характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН), которую вычисляют так же, как и относительную продолжительность включения. Номинальные значения ПН составляют 15, 25, 40 и 60%. Время цикла 10 мин. 
 

  Выбор мощности электродвигателя при различных  режимах работы. 

     Если  двигатель должен работать в продолжительном  режиме с неизменной или мало меняющейся нагрузкой, его выбирают по каталогу двигателей общепромышленных серий, предназначенных для продолжительного режима. Номинальная мощность двигателя должна быть равна или несколько больше мощности, требуемой для производственного механизма, которую можно определить по расчетным формулам или на основании опытных данных, полученных для аналогичных механизмов.

     Если  двигатель должен работать в продолжительном режиме с переменной нагрузкой (рис. 9), то за периоды больших нагрузок он будет нагреваться, а за периоды малых нагрузок — охлаждаться. Таким образом, при работе с переменной нагрузкой температура двигателя будет непрерывно изменяться. В этом случае двигатель можно выбрать по методу средних потерь. Этот метод основан на том предположении, что при равенстве номинальных ∆Р_н и средних ∆Р_ср потерь, определенных по фактической нагрузочной диаграмме, температура двигателя будет равна допустимой, т. е.

                           ∆Р_н ∆Р_ср

      τ_доп =         =

                         А              А

     При этом возможные кратковременные  пики температуры, превышающие τ_доп не изменяют существенно срока службы изоляции двигателя. 
 
 
 
 

     

                Рис. 9. График нагрузки производственного механизма 

     Двигатель предварительно выбирают в соответствии с рекомендациями и строят его фактическую нагрузочную диаграмму. Затем заменяют ее ступенчатым графиком, полагая на каждой ступени нагрузку двигателя неизменной. Тогда номинальные потери

                       1 – ή_н 

      ∆Р_н=   Р_н              

                            ή_н

     где Р_н и ή_н — номинальные мощность и КПД двигателя.

     Когда выбирают двигатель с самовентиляцией, при уменьшении его частоты вращения ухудшается отдача тепла во внешнюю среду. Это учитывается соответствующими коэффициентами, которые ставятся перед периодами паузы, пуска и торможения в выражениях для определения эквивалентных величин. Во время паузы частота вращения двигателя равна нулю, и коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи, принимают приближенно равным 0,5. При пуске и торможении частота вращения двигателя изменяется. Соответственно коэффициент,   учитывающий   ухудшение  теплоотдачи,   чаще   всего принимают равным 0,75.

     Если  производственный механизм должен приводиться  двигателем, рассчитанным для продолжительного режима работы, то при определении эквивалентного тока надо учитывать также и время паузы, т. е. найти эквивалентный продолжительный ток с учетом ухудшения условий охлаждения при пуске, торможении и паузе.

     Двигатель перемежающегося режима работы выбирают так же, как и двигатель повторно-кратковременного режима. Если же для перемежающегося  режима работы предполагается применить двигатель, предназначенный для продолжительного режима работы, следует определить эквивалентный продолжительный ток Условия охлаждения во время паузы не ухудшаются, поскольку двигатель продолжает вращаться.

     Для успешного пуска двигателя необходимо, чтобы его пусковой момент превышал момент статического сопротивления на величину, позволяющую обеспечить заданное время пуска. Особенно важное значение это имеет для механизмов с большими моментами инерции и в тех случаях, когда момент статического сопротивления при пуске выше момента статического сопротивления установившегося режима.

     Двигатель обычного исполнения, выбранный по условиям пускового режима, в установившемся режиме окажется недогруженным. Поэтому при выборе двигателя по условиям пуска применяют двигатели с повышенным пусковым моментом М_П по отношению к номинальному М_Н(М_П/М_Н ≥  1,8).

     Иногда  для улучшения условий пуска  применяют асинхронный двигатель с фазным ротором, в цепь ротора которого включают пусковой реостат. Это позволяет искусственно повысить пусковой момент двигателя. При тяжелых условиях пуска применяют также пуск двигателя вхолостую с последующим соединением его с механизмом специальной муфтой. 
 
 

     Аппараты  и схемы управления электроприводами. 

     Общие принципы построения схем управления. 

     Схемы автоматического управления электроприводами выполняют следующие основные функции: пуск двигателей в ход, регулирование частоты вращения, реверсирование, торможение, защиту двигателей и приводимых механизмов от различных перегрузок и аварийных режимов, сигнализацию о состоянии рабочих частей машины, осуществление определенной последовательности операций, автоматическое поддержание постоянства скорости или других параметров электропривода, синхронизацию движения отдельных органов производственных механизмов, слежение за определенными и случайными сигналами, подаваемыми на вход схемы.

     Сочетание тех или иных функций в одной  схеме зависит от технологических  требований, предъявляемых к исполнительному механизму, от принятой системы электропривода и от степени автоматизации управления. Чем разнообразнее, сложнее требования, предъявляемые к системе, и чем выше степень автоматизации, тем сложнее, как правило, схемы автоматического управления.

     Как и ко всякому устройству, к схемам управления электроприводами предъявляются определенные требования. Схема управления должна как можно более полно удовлетворять заданному технологическому режиму работы и обеспечивать выполнение всех технических требований, предъявляемых к данному производственному механизму или объекту и его электроприводу. Так, большая часть автоматизированных схем управления должна обеспечить надлежащее протекание процессов пуска, реверса, торможения и обязательную защиту при аварийных режимах. В более сложных случаях предъявляются дополнительные требования по обеспечению взаимной координации движений отдельных узлов производственного механизма, дополнительной автоматизации, точного поддержания регулируемых величин и др. Чтобы выполнить указанные требования, необходимо правильно выбрать и использовать отдельные элементы, а также составить схему управления.

     Схема управления не должна быть сложной. Наиболее простой можно считать такую схему, которая позволяет выполнить технологическое задание при наименьшем количестве простых элементов, аппаратуры и других устройств.

     Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности работает в очень тяжелых условиях. Большая часть установок устанавливается  снаружи и имеет лишь легкие укрытия. Частый демонтаж, монтаж и транспортировка, во время которых электрооборудование подвергается ударам и воздействию влаги, приводят к выходу его из строя. Поэтому основное требование к схемам управления является их надежность, определяемая надежностью работы применяемых электрических машин, аппаратов и других элементов. Надежность достигается путем использования правильно выбранных машин, аппаратов других устройств, обладающих достаточной прочностью и долговечностью, легко переносящих возникающие в работе перегрузки в определенных пределах и допускающих необходимое число включений и отключений.

     Вместе  с тем надежность схемы в большой  степени зависит от ее сложности. Чем проще схема управления и  чем меньше в ней цепей блокировок с большим числом контактов, тем больше вероятность ее надежной работы.

     В зависимости от назначения к устройствам  управления могут предъявляться те или иные требования относительно их массы, габаритов и стоимости. Однако стремление к снижению массы устройства управления может противоречить требованиям надежности, поэтому в каждом конкретном случае рассматривают несколько вариантов схемы управления и выбирают вариант, обеспечивающий максимальную производительность установки при минимуме затрат.