Динамо-машины  Конструирование преобразователей, силовые полупроводниковые приборы 

1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

несимметричными дверями. В нижней части шкафа размещены тяжелые комплектующие изделия с магнитными сердечниками и выпрямитель. В верхней части размещены силовые блоки инвертора и бесконтактного переключателя, конденсаторы и цепи управления. Габаритные размеры шкафа 1050 х 600 х X 1800 мм, масса 620 кг. Мощность инвертора 6 кВ-А. Относительно малая для таких размеров и массы преобразователя мощность объясняется специальным исполнением преобразовзг теля, обеспечивающим высокую надежность: мгновенное бесконтактное переключение выхода с инвертора на сеть и наоборот, эффективный фильтр для подавления высших гармонических составляющих выходного напряжения, управляемый режим подзаряда аккумуляторных батарей, размещенных вне шкафа. На размеры, конечно, оказали влияние естественное охлаждение и сложность схемного и конструктивного решений.

Реверсивный преобразователь постоянного тока типа SPAR - RSU предприятия ZTS EVU (ЧССР) мощностью 16 кВт выполнен в виде специального шкафа и предназначен специально для обрабатывающего станка. Степень защиты шкафа IP40, габаритные размеры 550 x450 x 1000 мм, масса 115 кг. Шкаф имеет принудительное охлаждение, подходящий сзади воздух фильтруется от грубых частиц пыли, особенно от электропроводящих опилок. Аппараты управления и измерительные приборы находятся на наклонной верхней крышке шкафа. Такое размещение измерительных приборов на практике оказалось неудачным, так как вскоре после начала эксплуатации шкафа вблизи обрабатывающего станка стекла приборов были разбиты.

Завод CKD Polovodice (ЧССР) для преобразователей ряда CKD2000 использует унифицированные шкафы. Шкафы имеют стандартную глубину 600 мм, высоту 2200 мм (с вентилятором 2630 мм). Модуль ширины равен 600 мм. Мощные вентиляторы сверху шкафа обеспечивают хорошее использование полупроводниковых элементов по току, одАако вызывают очень сильный шум.

Преобразователи самой большой мощности выполняются камерной конструкции. При таком конструктивном решении защитная оболочка отсутствует полностью (степень защиты IPOO), и оборудование размещается в электропомещениях (камерах), которые специально строятся для этого преобразователя, или в помещении распредустройств вместе с другим электрооборудованием. Так выполняются преобразователи для передачи электроэнергии сверхвысоким напряжением постоянного тока, а также преобразователи для получения сверхбольших токов в электрохимии.

Комплектный трехфазный преобразователь камерной конструкции шведской фирмы ASEA на напряжение 400 кВ и ток 1250 А установлен на линии электропередачи Coal Greek -

Dickinson (США). Высота преобразователя 12 м. Помещение для установки двух преобразователей, образующих положительный и отрицательный полюсы, имеет размеры 14,6 х х22,2х 13,2 м. Базовым элементом конструкции является блок с шестью таблеточными тиристорами. Охлаждение тиристоров воздушное.

Преобразователь камерной raquo;конструкции с водяным охлаждением на 133 кВ, 2160 А установлен на преобразовательной подстанции Sylmar линии электропередачи Pacific Intertie. Он также изготовлен фирмой ASEA, которая занимает в этой области ведущее место в мире.

Преобразователи на сверхбольшие токи устанавливаются в непосредственной близости от потребителя этого тока, чтобы длина токоподводов сверхбольших токов была минимальной. Это необходимо не только для уменьшения расхода цветных металлов, но и для снижения потерь электроэнергии в этих токопроводах. Эти преобразователи, как правило, охлаждаются водой, как, например, имеющий бесконтактный реверс тирис-торный преобразователь на 350 В, 25 кА, изготовленный английской фирмой GEC Rectifirs.

По способу охлаждения преобразователи можно разделить на преобразователи с естественным воздушным охлаждением; с принудительным воздушным охлаждением; с проточным жидкостным охлаждением; с объемным жидкостным охлаждением; с испарительным охлаждением.

Существуют также различные комбинации этих способов охлаждения, например с двумя водяными контурами, одним воздушным и одним водяным контурами, комбинация испарительного и водяного охлаждения.

В качестве охлаждающей жидкости для систем с проточным жидкостным охлаждением обычно используется вода, реже масло. Для испарительного охлаждения используется жидкость с низкой температурой кипения при самотечном возврате конденсата в резервуар или испаритель., В большинстве случаев тепловые потери не утилизируются, а отдаются в окружающее пространство. В гл. 4 подробно описывается охлаждение преобразователей и их составных частей и рассматриваются возможные способы утилизации отводимого тепла. Эти способы должны будут использоваться, хотя это и потребует от изготовителей и потребителей дополнительных усилий, так как в масштабах народного хозяйства речь идет об огромных количествах тепла, несмотря на высокий КПД преобразователей.

Важной характеристикой конструкции является степень защиты преобразователя. К устройствам защиты электрооборудования относятся все детали и узлы, являющиеся составной частью электрооборудования и служащие для защиты персо-

нала от опасности прикосновения к движущимся или находящимся под напряжением деталям, а также для защиты самого электрооборудования от повреждения в результате попадания в него посторонних предметов или воды. На защитные оболочки электрооборудования, их испытания и обозначение распространяется чехословацкий стандарт CSN33 0330 и международный стандарт СТ СЭВ 778-77. В соответствии с этими стандартами для обозначения степени защиты используются буквы IP в сочетании с двумя цифрами.

Первая цифра выражает степень защиты персонала от опасного прикосновения к деталям электрооборудования. Она также выражает степень защиты электрооборудования от попадания посторонних предметов внутрь. Характеристика различных исполнений электрооборудования по этому показателю приведена в табл. 1.

Вторая цифра выражает степень защиты от попадания воды. Характеристика исполнений электрооборудования по этому показателю содержится в табл. 2.

Кроме этих двух цифр после обозначения степени защиты могут стоять дополнительно буквы S, М или W. Буква S означает, что электрооборудование испытывается на попадание внутрь воды в отключенном состоянии. Буква М означает, что оборудование подвергается этому испытанию при работе. Буква W, которая в виде исключения следует сразу за буквами IP, означает, что электрооборудование имеет дополнительные устройства защиты для заданных климатических условий, предусмотренные конструкцией или изготовленные во время эксплуатации.

Для силовых полупроводниковых преобразователей пригодны исполнения по степени защиты IP 21, 31, 40, 44, 51, 54. Минимальная степень защиты, -допускаемая чехословацким стандартом CSN 35 1530, обозначается как IP00, т.е. это исполнение без всякой защиты. Для преобразователей, устанавливаемых в закрытых помещениях преобразовательных или распределительных подстанций, при нормальных климатических условиях достаточно исполнения IP20. Преобразователи со степенью защиты IP 21 и IP 31 используются в чистых помещениях, где, однако, на электрооборудование могут попадать капли воды, сконденсировавщейся, например, на окнах светового потолочного фонаря. Исполнения со степенью защиты IP 40 и IP44 используются в производственных помещениях, где преобразователь стоит непосредственно в пыльной среде. Наиболее защищены преобразователи исполнения IP54. Это практически закрытые преобразователи, защищенные от пыли и стекающей воды. Они предназначены для транспортных средств, для открытых преобразовательных подстанций и т. п. Исполнения с более высокой степенью защиты и специальные

Таблица 1. Обозначение степени защиты электрооборудования в соответствии со стандартом СТ СЭВ 778-88 (соответствует ГОСТ 14254-80)

Первая цифра

Степеьи. защиты

Краткое описание

Защита отсутствует Защита от твердых тел размером более 50 мм

Защита от твердых тел размером более 12 мм

Защита от твердых тел размером более 2,5 мм

Защита от твердых тел размером более 1 мм

Защита от пыли

Пыленепрон ицаемость

Определение

Специальная защита отсутствует Защита от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела, например руки, и от проникновения твердых тел размером более 50 мм Загцита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером более 12 мм Защита от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки и т. д. диаметром или толщиной более 2,5 мм и от проникновения твердых тел размером более 2,5 мм Защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более I мм

Проникновение внутрь оболочки пыли не предотвращено полностью. Однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия Проникновение пыли предотвращено полностью

исполнения (например, взрывобезопасные) используются только в исключительных случаях.

При конструировании преобразователей следует учитывать, чтб их исполнение по степени защиты должно соответствовать среде и условиям, в которых они будут эксплуатироваться. Любое завыщение степени защиты по первой или второй группе всегда ухудщает условия охлаждения, а следовательно, увеличивает его тепловую нагрузку. Чем выше степень защиты преобразователя, тем он больше, тяжелее и, конечно, дороже. Поэтому часто выгоднее поместить его в чистое помещение, расположенное вдали от потребителя, и управлять им дистанционно или автоматически.

Доступность узлов. преобразователя для обслуживания, ревизии и ремонта является важным условием, определяющим общее и детальное конструктивное решение преобразователя. Принципиально ничто не мешает тому, чтобы преобразователь был сконструирован так, чтобы все его узлы и детали были легко и быстро доступны для осмотра и замены. Однако такой преобразователь был бы больщим, тяжелым и дорогим. Но преобразователь можно сконструировать очень рационально с точки зрения экономии места, материала и трудоемкости

Таблица 2. Обозначение степени защиты электрооборудования я соответствии со стандартом СТ СЭВ 778-77 (соответствует ГОСТ 14254-80)

Вторая цифра

3 4 5 6

Степень защиты

Краткое описание

Защита отсутствует Защита от капель воды

Защита от капель воды при наклоне до 15

Защита от дождя

Защита от брызг

Защита от водяных струй

Защита от волн воды

Защита при погружении в воду

Защита при длительном погружении в воду

Определение

Специальная защита отсутствует Капли воды, вертикально падающие laquo;а оболочку, не должны оказывать чвредного воздействия на изделие Капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на изделие при наклоне его оболочки на любой угол до 15 относительно нормального положения Дождь, падающий на оболочку под углом 60 deg; от вертикали, не должен оказывать вредного воздействия на изделие Вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на изделие Струя воды, выбрасываемая в любом направлении на оболочку, не должна оказывать вредного воздействия на изделие Вода при волнении не должна попадать внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения изделия Вода не должна пронтсать в оболочку, погруженную в воду, при определенных условиях давления и времени в количестве, достаточном для повреждения изделия Изделия пригодны для длительного погружения в воду при условиях, установленных изготовителем. Для некоторых типов изделия допускается проникновение воды внутрь оболочки, но без нанесения вреда, изделию raquo;

изготовления и выполнить его так, что его узлы будут труднодоступны или вообще недоступны, Например залиты компаундом. Необходимо найти разумный компромисс между этими двумя крайностями. В первую очередь необходимо исходить из того, что должны быть выполнены требования нормативных документов, относящихся к возможности ревизии, безопасности эксплуатации и охраны здоровья. Органы управления должны быть расположены снаружи кожуха или щкафа или установлены в блоке дистанционного управления. Оперативный обслуживающий персонал не должен быть вынужден открывать шкафы и кожухи, и вопрос доступности для него не должен существовать.

О статических преобразователях справедливо говорят, что по сравнению с предшествующими им вращающимися или

контактными преобразовательными устройствами они проще в эксплуатации. Вмешательство персонала здесь требуется гораздо реже и сводится обычно к простой и быстрой замене блока или узла, в котором произошло повреждение. Следовательно, речь идет о том, чтобы любая неисправность могла быть легко и быстро обнаружена и чтобы соответствующий сменный узел преобразователя можно было быстро заменить новым. Особенно легко должны быть доступны для оперативного персонала аппараты защиты, т. е. предохранители, автоматические выключатели и т. п. Доступными должны быть и платы с цепями управления. Важнейшие сигналы о работе и неисправностях оборудования должны быть выведены на панель сигнализации снаружи или внутри шкафа, а контрольные точки для поиска неисправности должны быть сосредоточены на специальной панели.

Доступность узлов при более крупных ремонтах не является решающей, так как при таком ремонте, как правило, снимается вся защитная оболочка шкафа и появляется доступ со всех сторон.

Преобразователи, которые используются для многодвигательных технологических линий, агрегатного оборудования и т. п., обычно устанавливаются вместе в общем помещении - распределительной или преобразовательной подстанции. Для экономии места шкафы здесь устанавливаются в ряд, а иногда и вплотную к стенке. В этом случае необходимо обеспечить односторонний доступ для обслуживания и ревизии - со стороны передней двери. Это условие при конструировании преобразователя должно выполняться строго, для этого используются следующие три способа, а именно:

уменьшение глубины шкафа;

уменьшение использования пространства;

рациональное размещение деталей и узлов преобразователя с применением поворотных и откидных рам или выдвижных блоков.

Уменьшение глубины шкафа менее 600 мм приносит ухудшение отношения мощности преобразователя к его объему и увеличение его ширины и высоты, так что выгода, полученная рациональным размещением преобразователей в ряд вплотную друг к другу, может быть потеряна малым использованием площади, занимаемой преобразователем в. плане.

Односторонний доступ ко всем узлам преобразователя может быть достигнут размещением их вдоль всех стенок шкафа. Однако при этом плохо используется объем шкафа, отношение мощности к объему невелико. Кроме того, при такой конструкции имеется повышенная опасность поражения электрическим током при проведении измерений под напряжением.