I.V. Belousenko G.R. Shvarts S.N. Velikiy
M.S. Ershov A.D. Yarizov

NEW
TECHNOLOGIES
AND MODERN
EQUIPMENT
IN ELECTRICAL POWER PLANTS
OF OIL AND GAS
INDUSTRY

MOSCOW
NEDRA
2007
И.В. Белоусенко Г.Р.Шварц С.Н. Великий
М.С. Ершов АД. Призов

НОВЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
И СОВРЕМЕННОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
НЕФТЕГАЗОВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

МОСКВА
НЕДРА
2007
УДК (622.323+6.22.324):621.313(075)

ББК 31.29

Б43

Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С.,
Яризов А.Д.

Б43 Новые технологии и современное оборудование в
электроэнергетике нефтегазовой промышленности. —
М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. — 478 с. ил.

ISBN 978-5-8365-0283-6

Рассмотрены основные типы электростанций собственных нужд,
комплектные распределительные устройства на напряжение до и
выше 1000 В, отечественная и зарубежная коммутационная аппарату-
ра нового поколения, источники бесперебойного питания, автомати-
зированные системы контроля и управления энергопотреблением,
применяемые в нефтегазовой промышленности.

Приведены сведения о современных полупроводниковых прибо-
рах, схемотехнике силовых полупроводниковых преобразователей
энергии и области их применения в регулируемых электроприводах,
а также в устройствах плавного пуска электроприводов технологиче-
ских установок нефтегазовой промышленности.

Для инженерно-технических работников, связанных с проектиро-
ванием и эксплуатацией электротехнических установок и комплексов
нефтегазовой промышленности. Может быть полезна студентам элек-
тротехнических специальностей нефтегазовых вузов и факультетов, а
также слушателям учебных центров повышения квалификации ин-
женерно-технических работников нефтегазовой промышленности.

Belousenko I.V., Shvarts G.R., Velikiy S.N., Ershov M.S.,
Yarizov A.D.

New Technologies and Modern Equipment in Electrical
Power Plants of Oil and Gas Industry.

Consideration is given to the main types of electric power stations
used for own needs, complete distributing devices operating at voltage
1000 V and more, domestic and foreign commutation devices of a new
generation, continuity power supplies, automated systems for monitoring
and controlling power consumptiofi, which are used in gas industry.

Also present is the information on modem semiconductor devices,
schemes of semiconductor energy transformers together with information
on the areas of application of such devices in regulated electrical drivers
and in soft start devices in electrical drivers technological plants of gas
industry.

Recommended to engineers and technicians, dealing with design and
exploitation of electrical engineering plants and oil and gas industry fa-
cilities. May be also useful for students of electrical engineering specialty
in oil and gas high educational institute and departments. Helpful for
training and upgrading the skill of specialists engaged in oil and gas in-
dustry.

ISBN 978-5-8365-0283-6	© Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н.,

Ершов М.С., Яризов А.Д., 2007

© Оформление.

ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007
ПРЕДИСЛОВИЕ

Нефтегазовая промышленность является одной из веду-
щих отраслей народного хозяйства страны. Перед ней стоит
(адача надежного и бесперебойного снабжения энергоресур-
< ами промышленности, транспорта, объектов бытового на-
шачения, обеспечения экспортных поставок.

В связи с реконструкцией отрасли возникает необходи-
мость оснащения ее оборудованием нового поколения, харак-
теризующимся высоким уровнем производительности, на-
дежности, энергосбережения, автоматизации технического
ресурса и экологической безопасности.

Одно из ведущих мест в программе реконструкции отве-
дено электротехническим установкам и комплексам, являю-
щимся важным звеном нефтегазовой отрасли и в значитель-
ной степени определяющим нормальное функционирование
технологических установок.

Целью написания данной книги является желание ознако-
мить читателя с новыми технологиями и современным обору-
дованием, которые в настоящее время в результате уже про-
веденной реконструкции применяются в электротехнических
установках и комплексах технологических объектов нефтега-
зовой промышленности, либо по своим параметрам и техни-
ческим характеристикам смогут найти применение в наме-
чаемой реконструкции и строительстве новых объектов.

В основу данного издания положена изданная в 2002 г.
книга [6], материал которой в значительной степени перера-
ботан, дополнен и расширен.

В связи с расширением функций ОАО «Газпром», связан-
ных с разработкой как газовых, так и нефтяных месторожде-
ний, в книгу включен материал по современному электро-
оборудованию технологических установок механизированной
добычи нефти. Значительно расширен материал по устройст-
вам плавного пуска и торможения электроприводов и частот-
но-регулируемым электроприводам магистрального транспор-
та углеводородного сырья.

Значительное место в книге уделяется также полностью
управляемым полупроводниковым приборам (IGBT, GCT,
IGCT, GTO), являющимся элементной базой современных
устройств силовой электроники и оказавшим революциони-
зирующее влияние на технику современных регулируемых
электроприводов.

В целях облегчения усвоения материала и придания книге
автономности авторы сочли необходимым включить в нее
материал но схемотехнике преобразовательных устройств.

11ри написании авторы пользовались технической литера-
турой, изданной за последние 5 лет, материалами отечествен-
ных и зарубежных периодических изданий, а также техни-
ческими каталогами российских и ведущих зарубежных
электротехнических фирм, имеющих свои представительства
в России (ABB, GE, Siemens, Shneider Electric и др.).
ВВЕДЕНИЕ

Перспективы развития нефтегазовой промышленности
связаны с освоением новых месторождений углеводородного
сырья, расположенных в шельфовой зоне и суровых по при-
родно-климатическим условиям, труднодоступных и малона-
селенных районах Западной и Восточной Сибири, Крайнего
Севера.

Одновременно с освоением месторождений в указанных
районах намечено расширение объема добычи в сложных
геологических условиях в уже освоенных традиционных рай-
онах добычи европейской части России с глубоко залегаю-
щими пластами, некоторые из которых характеризуются
аномально высокими давлением и температурой.

Природно-климатические, экологические, геологические
условия, а также особенности социального характера требу-
ют решения ряда задач по совершенствованию техники и
технологии работ в нефтегазовом комплексе. За последние
годы существенные изменения претерпели конструкции ме-
ханического оборудования нефтегазовой отрасли с точки
зрения улучшения транспортабельности, ускорения монтажа
и демонтажа, повышения надежности, производительности и
облегчения труда эксплуатационного персонала. Преимуще-
ственное распространение получил метод кустового бурения
наклонно направленных скважин, все более широкое приме-
нение находит метод горизонтального бурения. В связи с ре-
конструкцией отрасли намечается ее оснащение новым обо-
рудованием для добычи и транспорта углеводородного сырья.

Указанные изменения не могли не коснуться электротех-
нических установок и комплексов нефтегазовой отрасли
промышленности. На этапе развития техники, достигнутого
на начало XXI века, электротехнические комплексы и систе-
мы стали во многом определять технологические возможно-
сти и технический уровень всех технологических установок.

Особенностью развития электротехнических комплексов в
настоящий момент является расширение области применения
регулируемых электроприводов в основном за счет количест-
венного и качественного роста электроприводов переменного
тока.

Достигнутые за последние годы успехи в совершенствова-
нии полупроводниковых преобразователей частоты дают ос-
нование предполагать, что в ближайшие годы развитие регу-
лируемых электроприводов переменного тока, использующих
асинхронные короткозамкнутые двигатели более простой
конструкции и меньшей металлоемкости, приведет к интен-
сивному вытеснению регулируемых электроприводов посто-
янного тока. Основные преимущества таких электроприводов
заключаются в простоте, надежности, экономичности и дол-
говечности асинхронного двигателя. Применение электро-
привода переменного тока позволяет минимизировать затра-
ты на запасные части, аппаратуру коммутации, эксплуатацию
и ремонт двигателей и аппаратуры управления, а также рас-
ход электроэнергии.

Развитие регулируемого электропривода неразрывно свя-
зано с принципиально новыми достижениями в области си-
ловой и информационной электроники за последние годы.
Создание силовых полностью управляемых полупроводнико-
вых приборов позволило осуществить преобразование элек-
трической энергии в наиболее удобных для электропривода
формах, что открыло широкие возможности для создания
технически современных регулируемых электроприводов.
Использование достижений микропроцессорной техники
принципиально изменило элементную базу и функциональ-
ные возможности систем управления электроприводов.

Практика применения частотно-регулируемого электро-
привода для управления различными типами рабочих машин
доказывает целесообразность его применения не только для
управления ими, но и для создания специализированных сис-
тем управления технологическим процессом. Такой подход
позволяет получить экономический эффект как от снижения
потребляемой из сети электрической энергии, так и добиться
< ущественного уменьшения эксплуатационных расходов,
улучшения условий труда и увеличения срока службы обору-
дования.

Современные преобразователи частоты позволяют полу-
чить информацию о большом числе параметров состояния
>лектропривода и технологического процесса. Соответст-
вующая обработка этих параметров позволяет реализовать
глубокое диагностирование оборудования и всего технологи-
ческого процесса, дает возможность оптимизировать процесс
и предотвращать аварийные ситуации. Другой особенностью
является повышение требований к характеристикам регули-
руемого электропривода, усложнение и расширение его
функций, связанных с управлением технологическим процес-
сом, и соответствующее возрастание сложности систем
управления.

Важное место в развитии современного электропривода
занимают вопросы унификации элементной базы и схемо-
технических решений, создания унифицированных ком-
плектных систем электропривода. Эти принципы положены
в основу создания современных систем регулируемого элек-
тропривода постоянного и переменного тока.

Освоение новых регионов добычи углеводородного сырья
на севере и востоке России, их удаленность от источников
централизованного электроснабжения вызывают необходи-
мость их обеспечения энергией от автономных источников. В
ОАО «Газпром» разработана концепция создания на объек-
тах отрасли сети автономных электростанций на базе совре-
менных отечественных электроагрегатов с поршневым и га-
зотурбинным приводом, работающих на природном газе и
базирующихся на современных технологиях. Использование
автономных источников электроснабжения порождает про-
блему пуска электродвигателей соизмеримой мощности, ко-
торая в настоящее время успешно решается применением
полупроводниковых устройств плавного пуска с микропро-
цессорным управлением (софтстартеров).
Достижения в области электроники нашли также свое от-
ражение в средствах защит, контроля и управления система-
ми электроснабжения. Отечественной электротехнической
промышленностью и рядом зарубежных фирм разработаны
коммутационные устройства на напряжение до и свыше 1000 В
с системами защит, базирующиеся на микропроцессорной
технике.

В предлагаемой читателю книге сконцентрирован ком-
плекс вопросов, освещающих возможности современного
электрооборудования, которое применяется или может найти
применение в электроэнергетике нефтегазовой промышлен-
ности.
Глава 1

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ СОБСТВЕННЫХ НУЖД

1.1.	ОСНОВНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

СОБСТВЕННЫХ НУЖД
НА ОБЪЕКТАХ ОАО «ГАЗПРОМ»

Принятие концепции развития «малой» энергетики в ОАО
«Газпром» обусловлено наличием практики эксплуатации
широкого ряда электроагрегатов с поршневым и газотурбин-
ным приводом на объектах газовой промышленности, требо-
ваниями надежности систем электроснабжения на техноло-
гических объектах добычи и транспорта газа. Достижения в
области развития «малой» энергетики сделали реальным по-
лучение экономических выгод от применения электростанций
собственных нужд (ЭСН). Опыт применения и требования к
ЭСН отражен в отраслевой нормативной базе, разработанной
Управлением энергетики ОАО «Газпром» и ВНИИГАЗом со-
вместно с ведущими институтами и энергетическими служ-
бами промышленных объектов отрасли. Основными норма-
тивными документами, регламентирующими применение
ЭСН в газовой промышленности, являются:

ВРД 39-1.10-072 — 2003. Категорийность электроприемников
промышленных объектов ОАО «Газпром» (в 2006 г. разрабо-
тан соответствующий СТО Газпром);

РД 51-31323949-31—98. Выбор количества электроагрегатов
электростанций РАО «Газпром»;

РД 51-0158623-07 — 95. Применение электростанций собст-
венных нужд нового поколения с поршневым и газотурбин-
ным приводом;

РД 51-31323949-33 — 98. Методические указания по проек-
тированию систем электроснабжения линейных потребите-
лей магистральных газопроводов;

РД 51-0158623-06 — 95. Применение аварийных источников
электроэнергии на КС МГ, УКПГ и других объектах газовой
промышленности;
ВРД 39-1.10-029 — 2001. Типовые программы и методики
проведения предварительных, приемочных и эксплуатацион-
ных испытаний электроагрегатов и электростанций с порш-
невым и газотурбинным приводом;

ВРД 39-1.10-071 — 2003. Правила технической эксплуатации
электростанций собственных нужд объектов ОАО «Газпром»;

Каталог энергетического оборудования и электротехниче-
ских изделий, рекомендованных к применению на объектах
ОАО «Газпром», 2005.

Отраслевые нормативные документы, соответствующие
международным и отечественным стандартам и сводам пра-
вил:

ISO 9001: 2000 (R). Quality managment systems — require-
ments (ИСО 9001: 2000 Системы менеджмента качества. Тре-
бования/3-е издание);

IEC 60034-3 (1988-08). Rotating electrical machines — Part 3:
Specific requirements for turbine-type synchronous machines
(МЭК 60034-3 Вращающиеся электрические машины — часть
3: Специальные требования для синхронных машин);

IEC 61363-1 — 98. System components and models. Part 1.5
(MOK 61363-1—98. Модели элементов электрических систем.
Часть 1.5);

IEEE Guide for AC Generator Protection, IEEE C37.102,
1987;

ГОСТ 13822 — 82. Электроагрегаты и передвижные элек-
тростанции дизельные. Общие технические условия;

ГОСТ 29328 — 92. Установки газотурбинные для привода
турбогенераторов. Общие технические условия;

ГОСТ Р 50783 — 95. Электроагрегаты и передвижные элек-
тростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие тех-
нические требования;

ГОСТ 20439 — 87, Электроагрегаты и передвижные элек-
тростанции с двигателями внутреннего сгорания. Требования
к надежности и методы контроля;

ГОСТ 20440 — 75. Установки газотурбинные. Методы испы-
таний;

ГОСТ 14965 — 77. Генераторы трехфазные синхронные
мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия;

ГОСТ 20.39.312 — 90. Комплексная система общих техниче-
ских требований. Изделия электротехнические. Требования
по надежности;

ГОСТ 10032 — 80. Агрегаты дизель-электрические, стацио-
нарные, передвижные, вспомогательные судовые. Техниче-
ские требования к автоматизации;
ГОСТ 10511 — 83. Система автоматического регулирования
скорости (САРС) дизелей стационарных, судовых, тепловоз-
ных и промышленного назначения. Общие технические тре-
бования;

Правила устройства электроустановок/изд. 6-е и 7-е
перераб. и доп., с изменениями. — М.: Главгосэнергонадзор
России;

Правила технической эксплуатации электроустановок по-
требителей/Утверждено Минэнерго России, приказ № 6 от
13.01.2003;

ПОТ Р М-016-2001. РД 152-34.0-03.150-00. Межотрасле-
вые правила по охране труда (правила безопасности) при
эксплуатации злектроустановок/Утверждено Министерством
энергетики РФ, приказ № 163 от 27.12.2000 и Министерством
труда и социального развития РФ, постановление № 3 от
05.01.2001.

1.2.	ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
СОБСТВЕННЫХ НУЖД, РЕЖИМЫ РАБОТЫ,
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Электростанции собственных нужд (далее ЭСН) широко
используются для электроснабжения удаленных объектов
нефтяной и газовой промышленности. На ЭСН применяются
газотурбинные и поршневые электроагрегаты, которые ис-
пользуются в качестве основных (базовых), резервных и ава-
рийных источников электроснабжения. В разделе 1.5 приве-
дены данные по злектроагрегатам на базе поршневых двига-
телей внутреннего сгорания (ДВС) и на базе газотурбинных
двигателей (ГТД), рекомендованным к применению на объек-
тах ОАО «Газпром». Применение электростанций в указан-
ных режимах определяет условия их эксплуатации и основ-
ные требования к ним. В качестве примера в табл. 1.1 приве-
дены условия и основные требования к электростанциям
(электроагрегатам), работающим в режимах основного, ре-
зервного или аварийного источников (РД 51-0158623-07 — 95).

Основной источник электроэнергии — электроагрегат
(электростанция), от которого (которой) осуществляется элек-
троснабжение приемников электрической энергии в нор-
мальном режиме работы.

Резервный источник электроэнергии — электроагрегат
(электростанция), включаемый (-ая) на нагрузку при отклю-
Таблица 1.1

Назначение электростанций собственных нужд

Назначение электростанции	Условия и режимы работы
Основной источник электроэнергии	Электростанции с наработкой за год свыше 3000 ч, чис- лом пусков за год — менее 20, временем непрерывной работы — более 3500 ч, временем пуска и приема на- грузки — до 30 мин. Обеспечивают электроэнергией все технологические нагрузки объекта, нагрузки сопутст- вующих инфраструктур и сторонних потребителей
Резервный источник электроэнергии	Электростанции с наработкой за год от 300 до 3000 ч, числом пусков за год 20 — 50, временем пуска и приема нагрузки — не более 5 мин
Аварийный источник электроэн ергии	Электростанции, предназначенные для аварийного элек- троснабжения потребителей 1 категории, в том числе особой группы электроприемников при отключении ос- новного или резервного источников энергии. Продол- жительность работы, как правило, до 300 ч/год, число пусков в год — свыше 50, время пуска и приема нагруз- ки от 5 до 30 с

чении, перегрузке или выходе из строя основного источника
электрической энергии.

Аварийный источник электроэнергии — электроагрегат
(электростанция), включаемый (-ая) на нагрузку при отклю-
чении основного и резервного источников, предназначен для
питания потребителей 1 категории, включая особую группу
потребителей, предназначенных для безаварийного останова
технологического процесса и последующего оживления
системы после восстановления основных (резервных)
источников.

Ниже приведены основные требования к приводным дви-
гателям и генераторам злектроагрегатов, требования к глав-
ной схеме и системе управления электростанцией с учетом
возможности параллельной работы электроагрегатов.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИВОДНЫМ ДВИГАТЕЛЯМ
ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Двигатель должен обеспечивать длительную устойчивую
параллельную работу генераторов с энергосистемой любой
мощности и с агрегатами аналогичных типов.

Запуск ГТД должен осуществляться с помощью электро-
стартера, пускового дизеля или турбодетандера, работающего
на газе или сжатом воздухе. Запуск ДВС должен осуществ-
ляться электростартером или сжатым воздухом. При воздуш-
ной системе пуска емкость баллонов воздуха должна обеспе-
чивать 4 — 6 пусков ДВС и 3 — 5 пуска ГТД без пополнения
баллонов. Заполнение емкостей сжатого воздуха для пуска
двигателей должно предусматриваться от автономных ком-
прессоров.

Регулятор частоты вращения двигателя должен обеспечи-
вать длительную устойчивую работу с номинальной мощно-
стью при отклонении частоты вращения от 98 до 101 % но-
минальной. На холостом ходу должна обеспечиваться воз-
можность регулирования частоты вращения от 90 до 105 %
номинальной с главного щита управления или по месту.

Степень статической неравномерности регулирования час-
тоты вращения двигателя должна быть в пределах 4±0,2 % с
возможностью регулирования статизма на месте эксплуата-
ции от 4 до 0 %.

Регулирование частоты вращения и управление подачей
топлива считается устойчивым, если: значение двойной ам-
плитуды установившихся колебаний, вызываемых устройст-
вами регулирования частоты вращения, не превышает 0,4 %
номинальной частоты вращения генератора, работающего на
изолированную сеть при установившейся нагрузке; значение
двойной амплитуды установившихся колебаний подводимой
энергии, вызываемых устройствами регулирования частоты и
управления подачей топлива, не приводит к изменению мощ-
ности генератора свыше 8 % номинальной при работе парал-
лельно с другими агрегатами на общую сеть при номиналь-
ной частоте вращения и установившейся нагрузке.

Должна обеспечиваться устойчивая работа агрегата при
одиночной и параллельной работе в следующих режимах: при
работе в стационарных режимах и нагрузках от холостого
хода до 1,2 номинальной мощности для ГТУ и 1,1 номиналь-
ной мощности для ДВС; при мгновенных сбросах и набросах
нагрузки равной номинальной для ДВС, при этом допускается
отклонение частоты вращения до ±7,5 % от номинальной.
Время восстановления частоты с точностью ±0,5 % должно
составлять не более 5 с. Мгновенный сброс 100 % нагрузки
не должен приводить к остановке газовой турбины. Допусти-
мые режимы загрузки турбины должны быть установлены в
ТУ на поставку.

В схеме регулирования турбины должно быть предусмот-
рено устройство для быстрой кратковременной разгрузки
ГТУ (электрогидравлический преобразователь), действующее
по факту аварии в главной электрической схеме электро-
станции (КЗ, внезапное отключение нагрузки и пр.) на крат-
ковременное закрытие регулирующих клапанов с их после-
дующим открытием (после окончания импульса) до прежнего
значения.

Автомат (><• опасности должен отключать ГТУ при повы-
шении ч.ц тоты вращения на 10 — 15 % выше номинальной.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГЕНЕРАТОРАМ

Генератор должен обеспечивать длительную устойчивую
параллельную работу с энергосистемой любой мощности, ге-
нераторами аналогичных и разных серий, а также работу на
автономную нагрузку.

Генератор должен допускать мгновенный сброс и наброс
нагрузки, равной его номинальной мощности, и запуск асин-
хронного двигателя с пусковым током, не превосходящим
двукратный номинальный ток генератора.

Тип возбуждения — бесщеточное с контролем тока воз-
буждения.

Распределение реактивных мощностей при параллельной
работе генераторов должно осуществляться с помощью уст-
ройств, создающих статизм внешних характеристик по реак-
тивному току. Степень статизма внешней характеристики по
реактивному току должна составлять 3 % с возможностью
регулирования в диапазоне 0 — 3 %. Отклонение напряжения
от значения, установленного по статической характеристике,
не должно превышать ±1,5 %.

Генератор должен включаться на параллельную работу в
сеть методом точной синхронизации (автоматической или
ручной).

Генераторы мощностью более 1 МВт должны оборудовать-
ся следующими устройствами защиты и автоматики:
дифференциальной защитой;

максимальной токовой защитой с комбинированным пус-
ком по напряжению с действием на отключение смежных
секций выключателей (1-я ступень) и на отключение выклю-
чателя генератора (2-я ступень);

защитой от замыканий на землю в обмотке статора;

защитой от двойных замыканий;

защитой от потери возбуждения;

сигнализацией перегрузки;

защитой от обратной мощности с выдержкой времени (для
генераторов с приводом от ГТД, кроме ГТД со свободной си-
ловой турбиной);
должно быть обеспечено отключение генератора от защит
первичного двигателя;

устройством гашения поля генератора;

сигнализацией замыкания на землю обмотки возбуждения.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГЛАВНОЙ СХЕМЕ

И ОБОРУДОВАНИЮ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) кВ

Главная схема электростанции должна обеспечивать:
гибкость и надежность работы во всех рабочих, ремонт-
ных и аварийных ситуациях;

наличие резервной генераторной мощности в рабочих и
ремонтных режимах;

наличие не менее одного агрегата в холодном резерве.

Главная схема должна иметь следующие устройства ре-
лейной защиты и автоматики:

на линиях связи с другими источниками энергии — токо-
вую отсечку или дифференциальную защиту, максимальную
токовую защиту, защиту от замыканий на землю, делитель-
,ную защиту, сигнализацию перегрузок;

общесекционные защиты — дифференциальную каждую
секцию, защиту минимальную напряжения с действием на
отключение отходящих линий (по выбору), автоматическую
частотную разгрузку, автоматику быстрой разгрузки генера-
торов при внезапном отключении одного из них, сигнализа-
цию замыканий на землю;

синхронизацию (точную ручную и автоматическую) на
выключателях генераторов, всех секционных выключателях и
выключателях связи с другими источниками.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ,
КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ

Должны быть предусмотрены подсистема АСУ теплотех-
нической части и подсистема АСУ электротехнической части,
причем последняя должна быть ведущей. В подсистеме АСУ
теплотехнической части должны решаться задачи пуска, ос-
тановки, защиты и управления газовых турбин и вспомога-
тельного оборудования. В подсистеме АСУ электротехниче-
ской части должны решаться задачи синхронизации генера-
торов, распределения электрических нагрузок между генера-
торами, регулирование частоты, напряжения, управления ра-
ботой электрической части электростанции, режимного и
противоаварийного управления локальной энергосистемой.
Обе подсистемы должны работать в реальном масштабе
времени. Интервал дискретизации (период сканирования)
ввода аналоговых и дискретных сигналов для АСУ электро-
технической части — 10 мс; для системы регистрации ава-
рийных процессов — 1 мс.

Подсистема АСУ электротехнической части должна обес-
печивать реализацию следующих функций:

синхронизацию генератора;

управление всеми выключателями главной электрической
схемы электростанции;

управление оперативным постоянным током;

представление на экране монитора мнемосхем электриче-
ской части с указанием текущих параметров;

аварийную и предупредительную сигнализацию о работе
электрической части электростанции;

звуковую информацию о наиболее важных событиях;
управление мощностью генераторов (частотой вращения);
управление возбуждением генераторов (реактивной мощ-
ностью, напряжением);

распределение активных и реактивных нагрузок между
генераторами;

противоаварийную автоматику;

режимное и противоаварийное управление локальной
энергосистемы;

защиту элементов электрической схемы;

автоматическую регистрацию и анализ аварийных режи-
мов с записью осциллограмм переходных процессов и их
расшифровкой;

регистрацию последовательности срабатывания защит;

дистанционную смену уставок защит и автоматики (при
применении цифровых устройств РЗиА);

определение мест повреждения на линиях электропе-
редачи;

коммерческий и технический учет электроэнергии;

ведение суточных ведомостей и ведомостей событий;

ведение архива режимов работы и аварийных событий;

контроль и диагностику генератора и возбудителя;

контроль и отображение устойчивых тенденций развития
режимов электрооборудования.

Проверка устойчивости параллельной работы проводится в
ходе приемочных (сертификационных) испытаний электроаг-
регатов и электростанций. В программе испытаний должно
быть предусмотрено определение следующих статических
показателей:
установившегося отклонения напряжения в установив-
шемся тепловом состоянии при изменении симметрич-
ной нагрузки в диапазоне от 10 до 100 % номинальной мощ-
ности;

установившегося отклонения частоты при неизменной
симметричной нагрузке;

статической характеристики регулятора частоты;

равномерности распределения мощности между парал-
лельно работающими агрегатами.

В процессе проведения динамических испытаний опреде-
ляются максимальный мгновенный наброс нагрузки, а также
возможность сброса 100 % нагрузки с выходом на режим ус-
тойчивого холостого хода.

1.3.	ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ СОБСТВЕННЫХ
НУЖД В КАЧЕСТВЕ АВАРИЙНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Наиболее перспективными для применения в качестве ос-
новных и резервных источников следует считать мобильные
электростанции с газотурбинными двигателями, обладающи-
ми следующими преимуществами:

небольшой массой и габаритными размерами, массогаба-
ритные показатели их в 3 — 4 раза меньше, чем у электро-
станций с поршневыми ДВС;

возможностью создания легко транспортируемых электро-
станций мощностью до 6 Мвт и более;

оперативной заменой вышедшего из строя двигателя (до
8 ч);

минимальным уровнем вибрации;

минимальным объемом строительных работ при установке
электр останции;

отсутствием необходимости в воде для охлаждения, воз-
можностью использования в условиях как холодного, так и
жаркого климата;

небольшими габаритами и малыми расходами системы ох-
лаждения масла;

высокой стабильностью скорости вращения и высокой
степенью автоматизации;

минимальным объемом работ по регламенту и ремонту;

возможностью на одном двигателе использовать разное
топливо (жидкое или газообразное) на некоторых ГТД без
переналадок и остановки двигателя.
Электростанции с ДВС обладают следующими преимуще-
ствами:

минимальным временем пуска (до 30 с);

приемом 100 % нагрузки за время 30 —60 с с момента по-
дачи сигнала на пуск;

высокой экономичностью (примерно в 1,5 раза выше, чем
уГТД).

Электростанции с агрегатами на базе ДВС, как правило,
целесообразно использовать в качестве аварийных электро-
станций. Электроагрегаты с ДВС, хотя и имеют меньшую
предельную мощность, способны обеспечить питание первой
категории потребителей объектов нефтегазовой промышлен-
ности с автономным питанием и имеют менее длительный
пуск по сравнению с электроагрегатами с ГТД. Однако
при мощности нагрузки ответственных потребителей более
1000 кВт современные ГТУ могут составить конкуренцию ди-
зелям в качестве привода генераторов в аварийных электро-
станциях.

В мировой практике ГТУ и ДВС, работающие на газе, ис-
пользуются примерно в одинаковой степени.

Аварийные электростанции должны создаваться, как пра-
вило, на базе дизельгенераторов. Число установленных ава-
рийных электроагрегатов и их минимальная мощность долж-
ны обеспечивать покрытие нагрузок особо ответственных
электроприемников, обеспечивающих безаварийный останов
технологического процесса.

Автоматический пуск аварийных электростанций должен
осуществляться при исчезновении напряжения на сборных
шинах или снижении его на величину, установленную при
расчете защит и автоматики в каждом конкретном случае.
При этом сигнал на автоматический пуск должен подаваться
с выдержкой времени, соответствующей времени срабатыва-
ния автоматики сети высокого напряжения. Время пуска
прогретого электроагрегата от подачи команды на пуск до
готовности к принятию нагрузки должно соответствовать
требованиям технологических процессов предприятия и
ГОСТ 10032-80.

Пробные пуски аварийных дизельгенераторов целесооб-
разно проводить не реже, чем один раз в месяц. На аварий-
ной электростанции предпочтительно иметь две системы за-
пуска: пневматическую (основную) и электрическую. Про-
должительность времени включения стартера в зависимости
от типа дизеля и системы пуска должна быть в пределах 3 —
12 с.
Аварийный электроагрегат в ненагруженном состоянии
должен обеспечивать запуск асинхронного короткозамкнуто-
го двигателя с кратностью пускового тока до 7 и мощностью
не менее 30 % от номинальной мощности аварийного элек-
троагрегата.

Схема включения аварийного электроагрегата должна от-
вечать следующим требованиям. В случаях, когда для элек-
троснабжения применены двухтрансформаторные ТП,
имеющие две секции шин 0,4 кВ с секционным выключате-
лем, рекомендуется схема подключения одного аварийного
дизель-генератора к одной из секций шин 0,4 кВ или по од-
ному дизель-генератору на каждую секцию. Схема подклю-
чения одного дизель-генератора развилкой на обе секции
шин не рекомендуется из-за сложности выполнения и несу-
щественного выигрыша в надежности.

При использовании режима параллельной работы электро-
агрегатов между собой или с сетью должны быть приняты
меры, предотвращающие протекание больших токов третьей
гармоники через заземленные нейтрали генераторов,

Устройства АВР электроагрегатов должны удовлетворять
следующим требованиям:

при потере питания на обеих секциях 0,4 кВ должна по-
ступать команда с выдержкой времени на пуск аварийных
электроагрегатов;

перед включением электроагрегатов в сеть должны отклю-
чаться выключатели рабочего (резервного) питания при усло-
вии, что дизель-генератор запущен, работает на номинальных
оборотах, готов к приему нагрузки и что напряжение в сети
за время его пуска не восстановилось;

автоматическое включение выключателя аварийного ввода
должно выполняться по факту отключения выключателей ра-
бочего (резервного) питания при условии подтверждения го-
товности агрегата к приему нагрузки;

должны быть обеспечены однократность действия АВР и
его запрет при КЗ на шинах;

перед включением аварийного электроагрегата и во время
его работы устройство АВР резервного питания должно быть
заблокировано.

Система автоматизации аварийной электростанции должна
обеспечивать:

автоматическое поддержание электростанции в состоя-
нии «горячего» резерва с прогревом дизеля по схеме цир-
куляции горячей воды через дизель и масляный теплообмен-
ник;
автоматический запуск с предпусковой прокачкой систем
маслом (и топливом, если это необходимо), подготовку
к приему нагрузки, ввод на параллельную работу с сетью
или другими агрегатами по методу самосинхронизации или
точной синхронизации, прием и равномерное распределение
нагрузки между двигателями и остановку по заданному сиг-
налу;

автоматическое поддержание заданных показателей каче-
ства электроэнергии, контроль за работой необслуживаемого
дизель-генератора и сигнализацию;

защиту и автоматическую остановку дизель-генератора
при выходе одного из контролируемых параметров за допус-
тимые пределы с расшифровкой причины остановки;

возможность подключения диспетчерского пульта ди-
станционного управления к щиту автоматического уп-
равления электростанции с выдачей обобщенного сигнала
«неисправность» на пульт или в схему центральной сигнали-
зации;

поддержание оптимального топливного режима;

автоматизацию вспомогательных операций — пополнение
расходных баков масла и топлива, подзарядку аккумулятор-
ных батарей, поддержание давления воздуха в пусковых бал-
лонах.

1.4.	ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ СОБСТВЕННЫХ НУЖД,
РЕКОМЕНДОВАННЫЕ К ПРИМЕНЕНИЮ НА ОБЪЕКТАХ
ОАО «ГАЗПРОМ»

ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
ООО «ЭЦ «ПРЕЗИДЕНТ-НЕВА» (г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

ООО «Энергетический центр «Президент-Нева» является
производителем комплектных автоматизированных дизель-
ных электростанций в диапазоне мощностей от 5 до 1000 кВт
на базе двигателей отечественных и зарубежных изготовите-
лей. Дизель-электрические установки (ДЭУ) мощностью до
315 кВт предназначены для питания электроэнергией потре-
бителей трехфазного переменного тока 50 Гц напряжением
0,4 кВ. Агрегаты мощностью 1000 кВт имеют номинальное
напряжение 6,3 кВ. Основные технические характеристики
электроагрегатов мощностью от 100 до 315 кВт приведены в
табл. 1.2.
Таблица 1.2

Основные технические характеристики ДЭУ ООО «ЭЦ «Президент-Нева:

Тип дизельного агрегата	Мощ- ность, кВА/кВт	Габаритные размеры (высо- кая рама/низкая рама), мм	Масса (высокая рама/ низкая рама), кг	Удельный расход топлива, г/(кВт-ч)	Емкость топ- ливного бака (высокая ра- ма/ низкая рама), л	Масса двигателя, кг	Марка генера- тора
АДЮ0С-Т400-( 1,2)РМ2	125/100	2459x1050x1610/ 2459x1050x1495	1940/1905	252	270/140	ЯМЗ 238 М2	Stamford UC. 274Е
АД100С-Т400-( 1,2)РМ4		2444x1050x1610/  2432x1050x1495	1980/1945	253			БГ-100М-4У2
АД100С-Т400-(1,2)РМ11		2444x1050x1610/ 2426x1050x1495	2085/2050	253			Veiga BRF 250.21
АД100С-Т400-(1,2)РМ12		2459x1050x1610/ 2459x1050x1495	1940/1905	252			Bokuk BK-150
АД200С-Т400-(1,2)РМ2	250/200	2857x1200x1846/  2857x1714x1270	2835/2820	234	290/без встроенного бака	ТМЗ 8481	Stamford  HC.I4D
АД200С-Т400-( 1,2)РМЗ		2825x1200x1846/ 2825x1714x1270	2690/2675	230			ГС-200
АД200С-Т400-( 1,2)РМ4		2823x1200x1846/ 2823x1714x1270	2770/2755	235			БГ-200М-4У2
АД200С-Т400- (1,2)РМ 18		2857x1200x1846/  2857x1714x1270	2835/2820	234			Bokuk BK-275
АДЗ15С-Т400- (1,2)РМ 16	400/315	3480x1624x1890	4150	226	Без встроен- ного бака	ЯМЗ 8502.10	БГ-315-4У2
Основные особенности электроагрегатов:

жидкостное охлаждение двигателей;

бесщеточные генераторы;

запуск электростартерный;

запуск и выход на рабочий режим за 15 — 30 с;

автоматическая стабилизация напряжения и частоты;

возможность контроля параметров работы двигателя и ге-
нератора;

автоматическая защита при аварийных ситуациях;

встроенный топливный бак на 8—10 ч непрерывной рабо-
ты (возможна установка дополнительного бака);

автоматизация 1-й, 2-й и 3-й степени.

Варианты исполнения: стационарные открытые на раме, в
контейнере; передвижные; с навесным шкафом управления; с
выносным шкафом управления.

ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
ЗАО «НТЦ «РАСЭЛ» (г. МОСКВА)

Дизель-электрические установки (ДЭУ) выпускаются в ма-
логабаритных блок-контейнерах и в контейнерах.

ДЭУ в малогабаритных блок-контейнерах представляют
собой автоматизированный электроагрегат мощностью от 4
до 16 кВт, установленный совместно с аппаратурой управле-
ния и системой жизнеобеспечения в малогабаритном блок-
контейнере с размерами 2500x1700x2450 мм и предназначен-
ный для автоматического резервирования местной электри-
ческой сети. Степень автоматизации 1 — 3. Система жизне-
обеспечения включает: систему сигнализации (пожарной,
охранной, аварийной, предупредительной); систему пожаро-
тушения; систему автоматического обогрева и вентиляции;
систему основного аварийного и дежурного освещения; сис-
тему подзаряда аккумуляторных батарей; систему дозаправки
топливом (с ручным или электронасосом); панель ввода —
вывода или кабельный ввод (по согласованию).

ДЭУ контейнерного исполнения представляют собой
объемные модули в виде каркасно-панельной конструкции, в
которых могут быть установлены один или два дизель-
генератора. Внешние размеры: высота 2450 мм, ширина
2300 мм, длина в зависимости от устанавливаемого обо-
рудования варьируется от 1600 до 7600 мм. Степень автома-
тизации 1 — 3. ДЭУ контейнерного исполнения состоит
из: контейнера; дизель-генератора (одноагрегатный) или
двух дизель-генераторов (двухагрегатный); аппаратуры
автономного электроснабжения; системы термостатиро-
вания; системы топливо-масло питания; системы выхло-
па; системы пожаротушения; системы сигнализации и кон-
троля; системы основного и аварийного освещения. При не-
обходимости возможно использование других систем, техни-
ческих устройств и конструктивных элементов, обеспечи-
вающих надежное и бесперебойное снабжение потребителей
электрической энергией с заданными параметрами и ка-
чеством.

Дизель-генератор состоит из дизельного двигателя и гене-
ратора, смонтированных на общей раме совместно с узлами и
системами, обеспечивающими работу электроагрегата. Ди-
зель-генераторы выпускаются на базе отечественных и зару-
бежных двигателей и генераторов, характеристики электро-
агрегатов приведены соответственно в табл. 1.3 и 1.4.

Таблица 1.3

Основные технические характеристики ДЭУ ЗАО «НТЦ «РАСЭЛ»
на базе отечественных агрегатов

Мощность, кВт	Тип дизеля	Тип генератора	Масса, кг	Габаритные раз- меры, мм
4	ТМЗ-450Д-90Г	ГС-2-4	180	1067x650x750
5	В24 7,8/82	ГСТ6 (А)	280	1264x690x760
ь	В24 7,8/82	ГСТ8 (А)	285	1264x690x760
8	В24 7,8/82	ГС-2-8	270	1160x610x920
8	Д-120	ГС-8	670	1665x900x1350
10	Д-120	ГС-10	670	1665x900x1350
16	Д-144	ГС-16	1084	2010x970x1210
16	ВАЗ-3413	ГС-2-16, БГ-16	500	1400x800x1000
30	Д-145Т	ГС-30-50	1600	2260x1325x1960
30	Д-65А-П	ГС-30-50, БГ-30	1084	2180x1020x1800
30	Д-243	ГС-30-50, БГ-30	1500	2260x1050x1730
60	ЯМЗ-236М2	ГС-60, БГ-60	1700	2160x1020x1500
75	ЯМЗ-236М2	ГС-75	1900	2300x1020x1500
100	ЯМЗ-236М2	ГС-100-Б,	2050	2510x1020x1500
	1Дб	БГ-100	2755	2880x1270x1570
150	ЯМЗ-238Д	ГС-150-Б	2600	2750x1320x1300
200	1Д12В300	ГС-200-Б,	3600	3460x1080x1670
		БГ-200		
200	NVP-8481.10-05	ГС-200-Б	3560	2900x1300x1670
200	ЯМЗ-7514	ГС-200	3460	3000x1400x1800
315	КД12Н520	БГ-315	4000	3900x1300x2000
Таблица 1.4
Технические характеристики ДЭУ ЗАО «НТЦ «РАСЭЛ»
на базе импортных агрегатов

Мощность, кВт	Тип дизеля	Тип генерато- ра	Масса, кг	Габаритные раз- меры, мм
2	Yanmar	Sincro,	40	620x48x53
2,7	Yanmar	NSM,	45	640x50x670
4	Yanmar	Mecalte	75	820x510x650
5	Yanmar, Lombardini		91; 98	820x510x700
6	Yanmar, Lombardini		111	820x510x700
6,5	Yanmar, Lombardini		91; 96	820x510x700
7	Lombardini		111	820x510x700
8	Yanmar		235	1200x500x950
8,5	Yanmar		235	1200x500x950
10	Yanmar, Lombardini		250	1300x540x1100
13,5	Yanmar		260	1300x540x1100
15	Yanmar		260	1300x540x1100
20	Yanmar		550	1500x710x1100
30	Yanmar		668 .	1500x710x1100
40	Yanmar		790	1800x810x1200
65	Perkins		1010	2000x910x1300
85	Perkins		1100	3000x1000x1900
135	Perkins		1350	3000x1000x1900
П р и м е ч фирм: GECO	ание. Могут использоваться также агрегаты зарубежных WILSON, SDMO и др.			

ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
ОАО «НПО «САТУРН» (г. РЫБИНСК)

Дизельные электроагрегаты, типа АД мощностью от 30 до
200 кВт применяются для автономного электроснабжения по-
селков, производственных объектов, небольших предприятий,
расположенных в изолированных или труднодоступных рай-
онах. Используются также в качестве резервных источников
энергии для промышленных, муниципальных и других ло-
кальных объектов. Основные характеристики ДЭУ приведены
в табл. 1.5.
Таблица 1.5

Основные технические характеристики ДЭУ ОАО «НПО «Сатурн»

Показатель	Тип установки				
	АД-30	АД-50	АД-60	АД-100	АД-200
Мощность, кВт: номинальная максимальная в течение 1 ч	30  33	50  55	60  66	100  110	200  220
Род тока	Переменный				
Частота тока, Гц	50				
11апряжение но- минальное, В	380-415/220-240				
Марка дизеля	Д65А-П	Д65А-П	ЯМЗ- 236М2	ямз- 238М2	ЯМЗ-238Б
Удельный часо- вой расход топ- лива, г/(кВт-ч)	290	295	297	300	310
Масса, кг	1400	1500	1800	2050	2900

КОМПЛЕКТНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ГГЭС-30 И ГТЭС-60
ООО «РИКОРТ» (г. МОСКВА)

ООО «РИКОРТ» является изготовителем ГТЭС-30 и
ГТЭС-60, которые применяются на буровых платформах и
скважинах, шахтах, очистных сооружениях, а также как ре-
зервные, вспомогательные и основные источники электро-
энергии в аэропортах, жилых массивах, малых предприятиях
и на крупных производствах для питания вспомогательных
систем и снижения затрат сетевой энергии. Комплектные
газотурбинные электростанции ГТЭС-30 и ГТЭС-60 предна-
значены для обеспечения как электрической, так и тепловой
энергией потребителей. В конструкции ГТЭС-30 и ГТЭС-60
реализована технология микротурбин СЗО и С60 производст-
ва фирмы Capstone. Приводом генератора служит газотур-
бинный двигатель с микротурбиной радиального типа и цен-
тробежным компрессором, насаженными на вращающийся
вал, который является единственной движущейся деталью
двигателя. Особенностями конструкции являются наличие
эффективного рекуператора, отсутствие редуктора, примене-
ние высокочастотного электрогенератора, который при за-
пуске используется в режиме пускового двигателя, питающе-
гося от внешнего источника электрической энергии. Приме-
нение воздушных подшипников и воздушного охлаждения
позволили отказаться от жидкой смазки и охлаждающей
жидкости, что упрощает эксплуатацию электростанций. Пре-
дусматривается автономный режим работы ГТЭС и режим
работы параллельно с внешней сетью. Поставка осуществля-
ется в контейнерах типа «Север» и «Юг» для соответствую-
щих климатических зон. Высокая степень автоматизации по-
зволяет обеспечить длительную работу без постоянного при-
сутствия оператора.

Основные технические характеристики электростанций ГТЭС-30 и ГТЭС-60
ООО «Рикорт»

Тип электростанции................. ГТЭС-30	ГТЭС-60

Тип микротурбины................... СЗО	С60

Электрическая мощность, кВт........ 30	60

Тепловая мощность, Гкал/ч.......... 0,073	0,137

Частота вращения турбины, об/мин 	96 000

КПД электрический, %......................... 28(±2)

КПД общий (при утилизации тепла), %	80 — 90

Напряжение на выходе, трехфазное, В	400

Максимальный ток в фазе, А......... 46	100

Частота тока, Гц................... 50 — 60

Вес, кг............................ 478	758

Габаритные размеры, мм............. 1900x714x1344	2108x762x1956

Топливо............................ Газ, керосин,	Газ

дизель

Давление топлива на входе, бар.....	0,3 —3,8	5,2 —5,6

Расход топлива при номинальной на-
грузке, нм3........................ 12	22

Температура выхлопных газов, °C....	270	305

Выход тепловой энергии, кДж/ч......	305 000	571 000

Выброс вредных веществ при 15 % О2
в выхлопе, ppm..................... <9NOX

Уровень шума на 10 м, дБА.......... 58	70

Ресурс до капитального ремонта, ч..	60000

БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ» (г. КРАСНОДАР)

Блочно-комплектные автоматизированные электростанции
(БКАЭ) типа ЭГМ предназначены для использования в каче-
стве аварийного или резервного источника при наличии
внешних источников электроснабжения, или в качестве
электростанции собственных нужд газодобывающих и газо-
транспортных комплексов, а также других промышленных
объектов. БКАЭ рассчитаны на установку на высоте не более
1000 м над уровнем моря и имеют климатическое исполнение
У1, ХЛ1 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-89. БКАЭ экс-
плуатируются при температуре окружающей среды от —60
до +40 °C.
Основные технические характеристики БКАЭ

Мощность электроагрегата, кВт........................... 30 — 630

Габаритные размеры, мм:
длина................................................... 5000 — 12000

ширина............................................... 3000 — 3200

высота............................................... 2900 — 3400

Масса, т................................................ 6,5 — 20

ГАЗОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ГЭ 10

ОАО «ВОЛЖСКИЙ ДИЗЕЛЬ им. МАМИНЫХ» (г. БАЛАКОВО)

Газовая электростанция ГЭ 10 (ЭП-500) полной заводской
готовности автоматизирована по 2-й (или 3-й) степени в соот-
ветствии с ГОСТ 14228, климатическое исполнение УХЛ1
по ГОСТ 15150, размещена в блок-контейнере, в котором на-
ходятся все необходимые системы жизнеобеспечения элек-
тростанции и двигатель-генератор с системами: пуска га-
зового двигателя электро- или пневмостартером; топливопо-
дачи; зажигания (тиристорной бесконтактной батарейной с
использованием форкамерно-факельной организации рабоче-
го процесса); регулирования и управления; смазки; охлаж-
дения.

Комплектное устройство обеспечивает устойчивую парал-
лельную работу электростанции ГЭ 10 с другими электроус-
тановками, а также параллельную работу с внешней сетью.
Предусмотрена система утилизации тепла.

Основные технические характеристики ГЭ 10

Тип двигателя............................

Тип генератора...........................

Частота вращения, об/мин.................

Род тока.................................

Частота тока, Гц.........................

Напряжение, В............................

КПД агрегата, %..........................

Расход топливного газа, нм3/ч............

Удельный расход масла, г/кВтч............

Масло для двигателя......................

< истема охлаждения......................

Ресурс до капитального ремонта, ч........

Полный ресурс, ч.........................

Рабочее давление газа, кг/см2............

'миссия NOX при 15 % О2, ppm.............

I омпература выпускных газов, °C.........

Уровень звуковой мощности, дВА...........

Время запуска и приема нагрузки из прогре-
1410 состояния, с .......................

I абаритные размеры двигатель-генератора, мм
Масса двигатель-генератора, т............

6 ГЧН 21/21
СГДМ-12-42-4У2
1500

Трехфазный переменный
50

400

34

156

1,44

М14В2; М14Г2 ГОСТ 12337
Двухконтурная, жидкостная
40 000
80 000

4,5+0,5

700

510
111

<90

4100x1500x1850
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ КОНТЕЙНЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
ОАО «ЗВЕЗДА ЭНЕРГЕТИКА» (г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

Электростанция «Звезда ГП-315НК-02МЗ» — одноагрегат-
ная модульная автоматизированная газопоршневая электро-
станция контейнерного исполнения, работающая на природ-
ном газе, предназначенная для основного или резервного
электроснабжения потребителей электроэнергией трехфазно-
го переменного тока напряжением 0,4/0,23 кВ, частотой 50 Гц
и тепловой энергией. Степень автоматизации 3. При поставке
электростанции с комбинированной выработкой электриче-
ской и тепловой энергии в ее состав входит оборудование
когенерации тепла. Может осуществляться как полная коге-
нерация (с контура водяной рубашки охлаждения и выхлоп-
ного тракта двигателя), так и частичная (с одного из конту-
ров). Электростанция «Звезда ГП-315НК-02МЗ» изготавлива-
ется в климатическом исполнении ХЛ для эксплуатации
в диапазоне температур от —60 до+ 40 °C. Категория раз-
мещения IV для оборудования, находящегося внутри контей-
нера, и I для оборудования, находящегося снаружи контейне-
ра, — согласно ГОСТ 15150 — 69.

Основные технические характеристики «Звезда ГП-315НК-02МЗ»

Полная мощность, кВт........................

Минимальная допускаемая нагрузка, %.........

Время пуска и приема 100 % нагрузки из прогре-
того состояния, с...........................

Тип двигателя...............................

Тип генератора..............................

Номинальная частота вращения, об/мин........

Вид топлива.................................

Метановый индекс, не менее..................

Расход топлива на номинальной мощности, м'/ч....

Удельный расход масла на номинальной мощности,
г/(кВтч), не более..........................

Система охлаждения..........................

Ресурс до первой переборки, ч...............

Система запуска.............................

Содержание NOX, г/м"1.......................

Габаритные размеры , мм.....................

Масса электростанции, кг, не более..........

315
45

600

OSK19G, «Камминз»
НС534С, «Стамфорд»
1500

Природный газ
75

95

0,5

Жидкостная
радиаторная
48000

Электростартерная
0,01
12000x3510x6450
24000

Электростанция «Звезда-410НК-02МЗ» — дизельная авто-
матизированная контейнерная электростанция мощностью
410 кВт, напряжением 0,4 кВ на базе дизеля KTA19G4
и QSX15-G8. Степень автоматизации 3. Климатические ис-
полнения электростанций: ХЛ, категория размещения I, зна-
чение температуры воздуха при эксплуатации — от —60 до
30
+ 40 °C; У, категория размещения I, значение температуры
воздуха при эксплуатации — от —40 до +40 °C; ТУ, катего-
рия размещения I, значение температуры воздуха при экс-
плуатации — от —5 до +40 °C. Электростанция «Звезда-
410НК-02МЗ» предназначена для использования в качестве
аварийного или резервного источника электропитания при
наличии внешних источников электроснабжения, или в каче-
стве основного источника электроснабжения газодобываю-
щих промышленных и других объектов.

Основные технические характеристики «Звезда-410НК-02МЗ»

11оминальная мощность, кВт.......................... 410

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт............ 451

11аброс нагрузки, кВт............................... 2G0

Принятие нагрузки в один прием в течение 3 с, кВт...	410

1 ип двигателя...................................... OSX15-G8,

KTA19G4,
«Камминз»

Тип генератора...................................... HCI634G1,

«Стамфорд»
11оминальная частота вращения, об/мин............... 1500

Расход дизельного топлива на номинальной мощности,
л/ч................................................. 107

,1 ип топлива....................................... Топливо

дизельное
(ГОСТ 305-82)

Расход масла на номинальной мощности, л/ч, не более.	0,3

Ресурс до первой переборки, ч....................... 20000

( и< тема запуска................................... Электростар-

терная

Время пуска и приема нагрузки из прогретого состояния,
< .................................................. 10-15

I емпература выпускных газов, °C.................... 538

< одержание NOX, г/(кВтч)........................... 12,31

I абаритные размеры без системы газовыхлопа и защит-
ных козырьков, мм, не более......................... 6058x2438x2591

Масса электростанции, кг, не более.................. 11600

Электростанция «Звезда-500НК-02МЗ» — дизельная авто-
матизированная контейнерная электростанция мощностью
'>00 кВт, напряжением 0,4 кВ на базе дизеля VTA28G5 фирмы
«Камминз» (Cummins). Степень автоматизации 3.

Климатические исполнения те же, что и для электростан-
ции «Звезда-410НК-02МЗ».

Основные технические характеристики «Звезда-500НК-02МЗ»

I Ьминальная мощность, кВт....................... 512

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт......... 565

I ин двигателя..................................... VTA28G5,

«Камминз»

। ип генератора.................................. HC5F,

«Стамфорд»
Номинальная частота вращения, об/мин................ 1500

Удельный расход дизельного топлива на номинальной
мощности, г/(кВт’ч)................................. 223

Расход масла на номинальной мощности, л/ч, не более.	0,5

Система охлаждения.................................. Жидкостная

радиаторная

Ресурс до первой переборки, ч....................... 20000

Система запуска..................................... Электро- или

пневмостартер-
ная

Время пуска и приема нагрузки из прогретого состояния,
с................................................... 10-15

Температура выпускных газов, °C..................... 493

Содержание NOX, г/(кВтч)............................ 13,6

Масса электростанции, кг, не более.................. 18000

Электростанция «Звезда-630НК-02МЗ-01» — дизельная
автоматизированная контейнерного исполнения мощностью
651 кВт напряжением 0,4 кВ на базе дизеля OSK23G3, Сте-
пень автоматизации 3. Климатические исполнения те же, что
и для электростанции «Звезда-410НК-02МЗ». Электростанция
«Звезда-630НК-02МЗ-01» предназначена для использования в
качестве аварийного или резервного источника электроснаб-
жения при наличии внешних источников, или в качестве ос-
новного источника электроснабжения на газодобывающих и
газотранспортных комплексах и других промышленных объ-
ектах.

Основные технические характеристики «Звезда-630НК-02МЗ-01»

Номинальная мощность, кВт...................

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт....

Наброс нагрузки, кВт........................

Принятие нагрузки в один прием в течение 3 с,
кВт.........................................

Тип двигателя...............................

Тип генератора..............................

Номинальная мощность генератора, кВА........

Номинальная частота вращения, об/мин........

Удельный расход дизельного топлива на номина-
льной мощности, г/(кВтч)....................

Тип топлива.................................

Расход масла на номинальной мощности, л/ч,
не более....................................

Ресурс до первой переборки, ч...............

Система запуска.............................

Время пуска и приема нагрузки из прогретого со-
стояния, с..................................

Температура выпускных газов, °C.............

Габаритные размеры без системы газовыхлопа
и защитных козырьков, мм, не более..........

Масса электростанции, кг, не более..........

651

715

455

651

OSK23G3, «Камминз»
HCI634H1, «Стамфорд»
910
1500

211

Топливо дизельное
(ГОСТ 305-82)

0,21
22000
Электро- или пневмо-
стартерная

10-15

532

9125x3200x3400

21000
Электростанция «Звезда-бЗОНК-ОЗМЗ» — дизельная авто-
матизированная контейнерного исполнения мощностью
()30 кВт напряжением 0,4 кВ на базе дизеля 227Д производст-
ва ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (г. Балаково). Сте-
пень автоматизации 3. Климатические исполнения те же, что
и для электростанции «Звезда-410НК-02МЗ».

Основные технические характеристики «Звезда-бЗОНК-ОЗМЗ»

11оминальная мощность, кВт...................

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт.....

Гип двигателя................................

Тип генератора...............................

11оминальная частота вращения, об/мин........

Удельный расход дизельного топлива на номи-
нальной мощности, г/(кВт‘ч)..................

Удельный расход масла на номинальной мощности,
г/(кВт‘ч), не более..........................

Масло для двигателя..........................

1 истема охлаждения..........................

Ресурс до первой переборки, ч................

( истема запуска.............................

Время пуска и приема нагрузки из прогретого
< остояния, с................................

I омпература выпускных газов за турбокомпрес-

( ором на режиме номинальной мощности, °C, не
оолее........................................

Масса электростанции, кг, не более...........

630
700
6ЧН 21/21-27Д
HCI634G2, «Стамфорд»
1500

233

1,39

М14В2, М14Г2
(ГОСТ 12337-84)

Жидкостная
радиаторная
7000
Электростартерная

15

450

24000

Электростанции «Звезда-500НК-01МЗ» и «Звезда-бЗОНК-
01 М3» — полной заводской готовности дизельные автомати-
(ированные контейнерного исполнения мощностью 500 кВт и
(>30 кВт напряжением 0,4 кВ на базе дизеля типа М-623 и М-
(>40 производства ОАО «Звезда» (г. Санкт-Петербург). Сте-
пень автоматизации 3. Климатические исполнения те же, что
и для электростанции «Звезда-410НК-02МЗ». Электростанции
«Звезда-500НК-01МЗ» и «Звезда-630НК-01МЗ» предназначены
ддя использования в качестве аварийного или резервного ис-
। очника при наличии внешних источников электроснабжения
п<1 газодобывающих и газотранспортных комплексах и других
промышленных объектах.

Основные технические характеристики электростанций
«Звезда-500НК-01МЗ» и «Звезда-630НК-01МЗ»

I пи электростанции...... Звезда-500НК-01МЗ	Звезда-630НК-01МЗ

I Ьминальная мощность, кВт	500	630

М аксимальная мощность
п к"1ение 1 ч, кВт....... 500	700

I Принятие нагрузки в один
прием, кВт............... 500	630
Тип двигателя............

Тип генератора...........

Номинальная частота враще-
ния, об/мин..............

Род тока.................

Номинальное напряжение, В
Номинальная частота тока, Гц
Удельный расход дизельного
топлива при номинальной
мощности, г/(кВтч)........

Удельный расход масла на
угар на номинальной мощ-
ности, г/(кВтч), не более.

Система охлаждения.......

Ресурс до первой перебор-
ки, ч....................

Система запуска..........

Время пуска и приема на-
грузки из прогретого со-
стояния, с...............

Температура выпускных
газов на режиме максималь-
ной мощности, °C, не более.
Содержание NOX, кг/с.....

Масса электростанции, кг,
не более.................

М623А/30-1,	М640Р/30-1,

«Звезда»	«Звезда»

HCI634G2, «Стамфорд»

1500

Трехфазный, переменный
400
50

227	225

2,9	. 2,5

Жидкостная радиаторная

10000	5000

Пневмоцилиндровый пуск

7

550

1,1-10“’	1,310'’

20000

Электростанция «Звезда-800НК-02МЗ» — дизельная
автоматизированная контейнерного исполнения мощностью
800 кВт напряжением 0,4 кВ на базе дизеля QST30G4 фирмы
«Камминз». Степень автоматизации 3. Климатические испол-
нения те же, что и для электростанции «Звезда-410НК-02МЗ».
Электростанция «Звезда-800НК-02МЗ» предназначена для ис-
пользования в качестве аварийного или резервного источни-
ка электроснабжения при наличии внешних источников, или
в качестве основного источника на промышленных и других
локальных объектах.

Основные технические характеристики «Звезда-800НК-02МЗ»

Номинальная мощность, кВт...................

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт....

Тип двигателя...............................

Тип генератора..............................

Номинальная частота вращения, об/мин........

Удельный расход дизельного топлива на номи-
нальной мощности, г(кВтч)...................

Расход масла на номинальной мощности, л/ч, не
более.......................................

Система охлаждения..........................

Ресурс до первой переборки, ч...............

Время пуска и приема нагрузки из прогретого
состояния, с................................

Температура выпускных газов, °C.............

Содержание NOX, г/(кВтч)....................

Масса электростанции, кг, не более..........

800

880

QST30G4, «Камминз»

НС6К, «Стамфорд»
1500

223

0,56

Жидкостная

радиаторная

20000

10-15

565

13,6

20000
Электростанция «Звезда-1000НК-02МЗ» — дизельная ав-
и>матизированная контейнерного исполнения мощностью
1000 кВт напряжением 0,4 кВ на базе дизеля KTA50G3 фирмы
«Камминз». Климатические исполнения те же, что и для
>локтростанции «Звезда-410НК-02МЗ». Электростанция
н 1везда-1000НК-02МЗ» предназначена для использования в
качестве основного источника электропитания при отсутст-
вии внешних источников электроснабжения, в качестве ава-
рийного или резервного источника электропитания при на-
личии внешних источников на газодобывающих, газотранс-
портных и других промышленных объектах.

Основные технические характеристики «Звеэда-1000НК-02МЗ»

1Мминальная мощность, кВт....................

Максимальная мощность в течение 1 ч, кВт.....

Iии двигателя................................

I пи генератора..............................

I В’минальная частота вращения, об/мин.......

.дельный расход дизельного топлива на номи-
нальной мощности, г/(кВтч)...................

|-.i< ход масла на номинальной мощности, л/ч, не
( ...........................................

< и( тема охлаждения.........................

Pi । урс до первой переборки, ч..............

Время пуска и приема нагрузки из прогретого

I 1И 1ОЯНИЯ, с...............................

11 мноратура выпускных газов, °C.............

' одержание NOX, г/(кВт'ч)...................

М.к са электростанции, кг, не более..........

1005

1115

KTA50G3, «Камминз»

НС7Е, «Стамфорд»
1500

215

1,27

Жидкостная
радиаторная
20000

10-15

520

13,6

25000

Электростанция «Звезда- 1600ВК-02МЗ» — дизельная ав-
|<>матизированная блочно-контейнерного исполнения мощно-
 H.IO 1600 кВт напряжением 6,3—10,5 кВ на базе дизеля
7SK60G4. Степень автоматизации 3. Электростанция «Звезда-
1 |>()0ВК-02МЗ» предназначена для использования в качестве
ни.фийного или резервного источника электропитания при
наличии внешний источников и основного источника элек-
I»’снабжения с возможностью выдачи тепловой энергии по-
|р<’бителям на газодобывающих и газотранспортных ком-
плексах и других промышленных и инфраструктурных объ-
I 1< 1<1Х.

Основные технические характеристики «Звезда-1600ВК-02МЗ»

I Ь минальная мощность, кВт...................... 1600

Максимальная электрическая мощность в течение

I а, кВт......................................... 1760

1 ип двигателя....................................... OSK60G4,	«Камминз»

11..минальная частота вращения,	об/мин.......... 1500

11'иребление дизельного топлива на 100 % мощ-

II. п 1 и, л/ч................................... 397
Система охлаждения...........................

Ресурс до первой переборки, ч................

Время пуска и приема нагрузки из прогретого
состояния, с.................................

Температура выпускных газов, °C..............

Масса электростанции.........................

Жидкостная

радиаторная

25000

10-15

505

Зависит от исполнения

Электростанции «Звезда-ГП-1100»,	«Звезда-ГП-1300»,

«Звезда-ГП-1500» — электростанции газопоршневые автома-
тизированные, работающие на природном газе, с искровым
зажиганием, напряжением 0,4 кВ, 6,3 кВ, 10,5 кВ, на базе дви-
гателей фирмы «Камминз» (Cummins). Степень автоматиза-
ции 3. Климатические исполнения электростанций: ХЛ, кате-
гория размещения I, значение температуры воздуха при экс-
плуатации — от —60 до +40 °C; V, категория размещения I,
значение температуры воздуха при эксплуатации — от —40
до +40 °C; ТУ, категория размещения I, значение температу-
ры воздуха при эксплуатации — от —5 до +40 °C; УХЛ, кате-
гория размещения IV, значение температуры воздуха при
эксплуатации — от —60 до +40 °C. Газопоршневые автома-
тизированные электростанции выпускаются в блочно-
контейнерном исполнении (для размещения на открытом
воздухе) и в стационарном исполнении (для размещения в
отапливаемых помещениях). Электростанции предназначены
для использования в качестве основного или резервного ис-
точника электроэнергии с целью обеспечения энергоснабже-
ния оборудования заказчика с возможностью выдачи тепло-
вой энергии потребителям.

Основные технические характеристики электростанций
«Звезда-ГП-1100», «Звезда-ГП-1300», «Звезда-ГП-1500»

Тип электростанции....

Полная мощность, кВт. ..
Минимальная допуска-
емая нагрузка, %.....

Принятие нагрузки в
один прием, % от полной,
не более..............

Номинальная тепловая
мощность (для станций,
оборудованных системой
когенерации:

кВт...............

Гкал/ч............

Тип двигателя.........

Номинальная частота вра-
щения, об/мин........

Род тока.............

Номинальное напряже-
ние, кВ..............

Звезда-ГП-1100 Звезда-ГП-1300	Звезда-ГП-1500

1160	1360	1520

1410

1,21
QSK60C

1450

1,25
OSV81G

1590

1,37
OSV91G

1500
Трехфазный, переменный

0,4; 6,3; 10,5
I li '.минальная частота
и>к<1, Гц...............

Нид топлива...........

Метановый индекс, не
Mi'iice............... 75

Давление подводимого
। а ы, МПа (кГс/см7)..

1',к ход топлива на номи-
нальной мощности, м3/ч 320
Удильный расход масла
па номинальной мощнос-
1П, г/(кВт'Ч), не более.

Ма< са наиболее тяжелого
|адка блочно-контейнер-
пои электростанции, кг...

50

Природный газ

52	52

0,025-0,3(0,25-3)

388	428

0,5

35000

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ЭД2 И ЭД7 ОАО ХК «КОЛОМЕНСКИЙ ЗАВОД»

Электростанция ЭД2 полной заводской готовности, клима-
шческого исполнения УХЛ1, создана на базе тепловозного
дизеля Д49 и может работать в автономном режиме парал-
лельно с другими электростанциями соизмеримой мощности
п с внешней сетью,

Конструктивно электростанция состоит из 4 модулей: ди-
и'ль-генератора, электрооборудования, охлаждающего уст-
ройства и оператора. Модули устанавливаются и соединяют-
< я на фундаменте. В модуле дизель-генератора размещены
>лектрокомпрессор с осушителем воздуха, воздушная система
пуска и другие вспомогательные системы. В модуле охлаж-
дающего устройства смонтированы вентиляторные установки,
оак дизельного топлива с топливоподкачкой, котел-
подогреватель с насосом. В модуле электрооборудования раз-
мещены высоковольтное РУ, трансформатор собственных
нужд, блок защиты генератора и аккумуляторная батарея. В
модуле оператора находится щит управления и рабочее место
оператора. Топливо — дизельное или газодизельное.

Основные технические характеристики электростанций ЭД2, ЭД7

I ип электростанции..............

11<>минальная мощность, кВт......

11оминальное напряжение, В.......

Частота, Гц......................

Коэффициент мощности.............

I епловая мощность системы утили-
ыции, кВт........................

I ип силового агрегата...........

Частота вращения, об/мин.........

I ип топлива.....................

Удельный расход топлива силового
 п'регата'.

жидкого в ДЦ, г/(кВт ч).......

жидкого в ГДЦ, г/(кВтч).......

ЭД2	ЭД7	ЭГД2	ЭГД7
ТУ 24-98. ЭД2.00.00.000ТУ			
1500	1500	1500	1500
6300	10500	6300	10500
50	50	50	50
0,8	0,8	0,8	0,8
1000	1000	1000	1000
20-26ДГ	20-26ДГ	8ГДГ	8ГДГ
1000	1000	1000	1000
Дизельное		Газодизельное	
217	217	217	217
—	—	222	222
Удельный расход масла, г/(кВтч).

Пуск двигателя.................

Габаритные размеры, мм.........

Срок службы, лет...............

Назначенный ресурс до переработ-
ки, ч..........................

Назначенный ресурс до капиталь-
ного ремонта, ч...............

1,0	1,0	1,7  Воздушный 23650x3174x3534		1,7
20	20	20	20
20000	20000	20000	20000
100000	100000	100000	100000

ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ПГТЭС-1500
ОАО «ПРОЛЕТАРСКИЙ ЗАВОД» (г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

Электростанция работает на газообразном топливе и мо-
жет быть использована в качестве основного, резервного или
аварийного источника электроэнергии и тепла, климатиче-
ское исполнение УХЛ, категория размещения I. Электростан-
ция размещается в двух контейнерах, оборудованных всеми
необходимыми системами жизнеобеспечения, и может рабо-
тать параллельно с однотипными электростанциями и с сетью
неограниченной мощности. Возможна поставка комплексной
газотурбинной установки с оборудованием утилизации тепла
уходящих газов. В состав энергетического контейнера входит
следующее оборудование: газотурбогенератор и его системы,
местный пульт управления и шкаф автоматики ГТГ, электро-
оборудование системы возбуждения генератора, вспомога-
тельное оборудование. В контейнере блока управления элек-
тростанцией установлено следующее оборудование: КРУ на
6,3 кВ (10,5 кВ), трансформатор собственных нужд, дистан-
ционный пульт управления ГТГ, щит управления электро-
станцией, рабочее место оператора. Назначение электростан-
ций — основной (резервный) источник электроснабжения.

Основные технические характеристики электростанции ПГТЭС-1500

Тип двигателя...............................

Мощность электростанции, кВт................

Расход масла, кг/ч, не более................

Частота вращения, об/мин....................

Тип генератора..............................

Род тока....................................

Частота тока, Гц............................

Напряжение, В...............................

КПД агрегата, %.............................

Время пуска, мин, не более..................

Температура газа за турбиной, °C............

Ресурс до капремонта, ч.....................

Полный ресурс, ч............................

Габаритные размеры ГТГ, мм..................

ГТГ-1500-2Г

1500

0,01

1500

ГСБ-1800-6,3-1500 УХЛ

Трехфазный переменный

50

6,3 или 10,5

21

2,5

475

50000

100000

7200x2300x2700
Масса ГТГ в рабочем состоянии, т............

Миссия NOX при 15 % Оз на выпуске, мг/м3,
пн более....................................

' шпень автоматизации.......................

Вид топлива.................................

17,5

100

2

Природный газ давлением
12+0,1 кг/см2

КОМПЛЕКСНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ГТЭС-1800
ООО «РИКОРТ» (г. МОСКВА)

ГТЭС-1800 предназначена для выработки электрической и
тепловой энергии. Электростанция оснащена газотурбинным
двигателем (ГТД) типа ОР-16 производства компании OPRA
(11идерланды). Двигатель имеет одну движущуюся деталь —
вращающийся с частотой 26000 об/мин вал, на котором раз-
мещены радиальная турбина и одноступенчатый центробеж-
ный компрессор со степенью сжатия 6,7. Благодаря консоль-
ной подвеске подшипники вынесены из горячей зоны, что
повышает надежность и срок службы двигателя. Камера сго-
рания кольцевая. Специальная конструкция форсунок позво-
ляет использовать газообразное и жидкое топливо, причем
переход с одного вида топлива на другой осуществляется без
остановки двигателя, который способен работать на газожид-
кой топливной смеси. Система смазки двигателя — замкнутая
< очисткой и охлаждением в процессе принудительной цир-
куляции. Замена масла производится один раз в год в объеме
200 л. Запуск двигателя производится электрогидравлическим
устройством электрической мощностью 40 кВт от внешнего
источника. Выходной вал планетарного редуктора вращается
с частотой 1500 об/мин. Электростанция комплектуется че-
тырехполюсным, бесщеточным электрогенератором с само-
возбуждением с выходным напряжением по выбору заказчи-
ка 0,4; 6,3; 10 кВ. Высокая степень автоматизации и надежно-
сти позволяет обеспечивать длительную работу без операто-
ра. Предусмотрена утилизация тепла для производства тепло-
вой энергии (вода, пар).

Основные технические характеристики электростанции ГТЭС-1800

Изготовитель двигателя...........

Гип двигателя...................

Частота вращения ротора генерато-
ра, об/мин ......................

Мощность номинальная электричес-
кая, кВт.........................

Тепловая мощность (с котлом утили-
затором), Гкал/ч.................

11апряженне, кВ..................

OPRA Gas Turbine

ГТД ОР-16 с радиальной турбиной

1500

1800

До 4

0,4/6,3/10
КПД электрический, %..............

КПД общий (с утилизацией тепла),
%.................................

Вид топлива.......................

Давление топлива, МПа.............

Расход топлива, м3/ч (газ)/кг/ч
(жидкое топливо)..................

Удельный расход масла, кг/(кВт-ч)...
Эмиссия NOX при О: = 15 %, мг/м3
Ресурс двигателя до капремонта, ч
Полный ресурс двигателя до списа-
ния, ч............................

Масса, т..........................

Размеры в плане, м................

26,2

До 90

Газообразное жидкое

1-1,2

712/670

0

11,3

40000

140000

14,3

6,0x2,1

ПЕРЕДВИЖНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ПАЭС-2500М
ОАО «ПЕРМСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД (г. ПЕРМЬ)

Электростанция может использоваться в качестве основ-
ного или резервного источника электроэнергии, в том числе
в районах Крайнего Севера. Может работать как на изолиро-
ванного потребителя, так и в сеть или параллельно с другими
станциями. Электростанция создана путем коренной модер-
низации широко распространенной ПАЭС-2500 с заменой
газовой турбины АИ-20ДКН производства предприятия «Мо-
тор Сич» (Украина) на газотурбинную установку ГТУ-2,5П с
двигателем Д-ЗОЭУ-1 (ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь).

Основные технические характеристики ПАЭС-2500М

Назначение........................................ Основной	(резервный)

источник
электроснабжения

Мощность электростанции, МВт................ 2,5

Частота вращения вала генератора,	об/мин....	1000

Тип генератора.............................. СГС-14-100-У2

КПД, %...................................... 21,4

Температура газа перед турбиной	ВД	°C... 650

Расход воздуха через компрессор,	кг/с..... 24,4

Степень повышения давления.................. 6,0

Температура газа на выхлопе, °C............. 375

Ресурс до капремонта, ч..................... 25000

Общетехнический ресурс, ч................... 50000

Эмиссия NOx, мг/м , не более.................. 50

Степень автоматизации....................... 3

Основные технические характеристики ГТУ-2,5П

Мощность на валу СТ, МВт............................... 2,75

Частота вращения ротора, об/мин........................ 5500

Эффективный КПД на валу СТ............................ 0,219

Тепловая мощность на выхлопе, Гкал/ч.................... 6,3

Температура газа перед турбиной ВД °C................... 688

Расход воздуха через компрессор, кг/с.................. 24,5

Степень повышения давления............................. 6,0
I смпература газа на выхлопе, °C.......................... 383

Ресурс до капремонта, ч..................................... 25000

< >бщетехнический ресурс, ч................................. 50000

)миссия NOx, мг/м , не более.............................. 50

Разовый двигатель........................................... Д-30ЭУ-1

ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ «УРАЛ-2500»
ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ» (г. ПЕРМЬ)

Газотурбинная электростанция «Урал-2500» предназначена
для производства и обеспечения электроэнергией промыш-
ленных и бытовых потребителей, а при использовании котла-
утилизатора — также для производства тепловой энергии
(горячей воды или пара). Может использоваться в качестве
основного или резервного источника питания, автономно,
параллельно с другими источниками электроэнергии или па-
раллельно с энергосистемой. Автоматизированная система
управления обеспечивает дистанционное и автоматическое
управление всеми технологическими процессами ГТЭС,
нключая запуск и останов двигателя. Выпускается в виде
блочных конструкций полной заводской готовности к монта-
жу. Топливо — природный газ.

Основные технические характеристики электростанции «Урал-2500»

11оминальная мощность, МВт............................... 2,5

Номинальное напряжение, кВ............................... 6,3/10,5

11оминальная частота тока, Гц............................ 50

11оминальный коэффициент мощности (cos <р)............... 0,8

11оминальная частота вращения ротора генератора, об/мин.. 1000 — 3000

КПД на выходном валу, %, не менее........................ 21,3

Расход пускового газа, кг/с.............................. 1,5

Давление пускового газа на входе, кгс/см2................ 5,0 —6,0

Расход топливного газа, кг/(кВтч)........................ 0,358

Давление топливного газа на входе, кгс/см2............... 10,0—12,0

Температурный диапазон, “С............................... 5 — 50

безвозвратные потери масла двигателя/редуктора, кг/ч..... 0,5/0,2

Содержание вредных выбросов:
оксидов азота NOX, мг/нм3, не более..................... 50

оксидов углерода СО, мг/м3, не более................... 50

Уровень звукового давления, дБА, не более................ 80

Масса наиболее тяжелого блока, кг, не более.............. 35000

I Означенный ресурс, ч, не менее......................... 100000

I Означенный ресурс до капитального ремонта, ч, не менее. 25000

('рок службы, лет, не менее.............................. 20

ГАЗОТУРБИННАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ГГЭС-2,5
ОАО НПО «САТУРН» (г. РЫБИНСК)

ГТЭС-2,5 — теплоэлектростанция блочно-контейнерного
типа, с высокой степенью автоматизации. Применяется для
обеспечения электрической и тепловой энергией промыш-
ленных предприятий, жилых поселков и районов, а также
различных объектов в труднодоступных регионах Крайнего
Севера, горной местности, на вновь осваиваемых месторож-
дениях нефти и газа, для энергоснабжения регионов при
чрезвычайных ситуациях, на промышленных объектах, а
также в качестве резервного источника энергии в пиковом и
аварийном режимах. Предусмотрена установка утилизацион-
ного теплообменника для производства горячей воды или
пара.

Основные технические характеристики теплоэлектростанции ГТЭС-2,5

Мощность электростанции (электрическая), кВт.......... 2500

Тип двигателя............................................ Д049Р	(судовой)

Частота вращения вала генератора, об/мин.............. 3000

Тип генератора........................................ СГ-25-3000

Род тока................................................ Трехфазный

переменный

Частота тока номинальная, Гц.......................... 50

Напряжение номинальное, В............................. 10500 (6300)

КПД электрический, %.................................. 26,5

Температура продуктов сгорания на выпуске, °C......... 440

Расход продуктов сгорания на выпуске, кг/с............ 17

Время пуска и принятия полной нагрузки (из прогретого
состояния), мин........................................ 8

Уровень звуковой мощности, дБА........................ 80

Ресурс до капремонта, ч............................... 25000

Полный ресурс, ч...................................... 75000

Давление топливного газа, кг/см2...................... 25

Общие габаритные размеры, м........................... 14,8x5,5x15,0

Масса электростанции, т............................... 64

Степень автоматизации................................. 3

БЛОЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ЭГЭС-4
ЗАО «ИСКРА ЭНЕРГЕТИКА» (г. ПЕРМЬ)

ЭГЭС-4 создана на базе блочно-контейнерной электро-
станции ГТЭС-4, разработанной по программе НИОКР ОЛО
«Газпром». Электростанция может быть основным или ре-
зервным источником электроэнергии мощностью до 4,0 МВт
и теплоты до 3,44 Гкал. Блоки электростанции утеплены и
оснащены всеми необходимыми системами жизнеобеспече-
ния, позволяющими эксплуатировать электростанцию в усло-
виях Крайнего Севера. ГТУ запускается турбодетандером,
работающим на природном газе. Составные части ГТЭС: га-
зотурбинная установка со всеми необходимыми системами;
турбогенератор; входной тракт; выхлопной тракт (шумоглу-
шитель; выхлопная труба); автоматизированный теплообмен-
ник (по требованию заказчика); система автоматического
управления (САУ) ГТЭС; силовая автоматика, высоковольтное
распределительное устройство; система электропитания соб-
ственных нужд ГТЭС; системы освещения, обогрева, контро-
ля загазованности, вентиляции и пожаротушения; комплект
ЗиП; автономный теплогенератор, осуществляющий предпус-
ковой обогрев холодного электроагрегата при отсутствии
внешнего источника тепла.

Основные технические характеристики электростанции ЭГЭС-4

Мощность электростанции, кВт..............

Тип двигателя.............................

Тип генератора............................

Частота вращения вала силовой турбины,
об/мин...................................

Частота вращения выходного вала редуктора
(привода генератора), об/мин.............

Род тока.................................

Частота тока номинальная, Гц.............

Напряжение номинальное, В................

КПД электрический, %.....................

Расход топлива, нм3/ч....................

Расход масла, кг/ч.......................

Масло для ГТД............................

Температура продуктов сгорания на выпуске,
°C.......................................

Степень повышения давления в компрессоре
Расход воздуха, кг/с.....................

Время пуска из прогретого состояния и прием
нагрузки, мин............................

Давление пускового газа, кг/см2..........

Давление топливного газа, кг/см2.........

Степень автоматизации....................

Эмиссия NO, при 15 % Оз, мг/м3, не более ...

Ресурс до капремонта, ч..................

Назначенный ресурс, ч, не менее..........

Габаритные размеры электростанции
(с трубой), мм...........................

Масса электростанции, кг.................

4000

Авиационный Д-ЗОЭУ-2
Синхронный, двухполюсной

ТК-4-2РУХЛЗ, ГТГ-4

5500

3000

Трехфазный переменный

50

6300/10500

24

1500

0,9

МС-8П ОСТ 38.01163-78

448

7,4

28,3

До Ю

5,5+0,5

12-16

3

50

25000

100000

23700x13790x20450

151000

ГАЗОТУРБИННЫЙ АГРЕГАТ ГГА-6РМ
ОАО НПО «САТУРН» (г. РЫБИНСК)

Газотурбинные агрегаты ГТА-6РМ применяются для
строительства электростанций единичной мощностью агрега-
тов 6 и 8 МВт. На промышленной площадке ОАО НПО «Са-
турн» введена в эксплуатацию газотурбинная теплоэлектро-
станция ГТЭС-12 электрической мощностью 12 МВт и паро-
производительностью 40 т/ч. ГТЭС-12 выполнена на базе
двух агрегатов ГТА-6РМ с утилизационными паровыми
котлами.
Основные технические характеристики агрегата ГТА-6РМ

Номинальная электрическая мощность, МВт............... 6

Номинальная тепловая мощность, МВт (Гкал/ч)........... 13,62 (11,72)

КПД, %:

при выработке электроэнергии....................... 23,3

при выработке электрической и тепловой энергии, не ме-

нее ............................................... 80

Эмиссия NOx, ppm...................................... 25

БЛОЧНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ БГТЭС-9,5
ОАО «ЦКБ «ЛАЗУРИТ» (г. НИЖНИЙ НОВГОРОД)

Электростанция БГТЭС-9,5 полный заводской готовности
климатического исполнения УХЛ1, состоит из отдельных,
функционально законченных блоков. В комплект поставки
входят: энергетический блок с газотурбинным двигателем и
электрогенератором; помещение вспомогательного оборудо-
вания с системами смазки, охлаждения, топливоподачи, регу-
лирования и управления; электротехнический блок с постом
управления, комплектным распределительным устройством и
средствами управления; помещение средств пожаротушения
с оборудованием и устройствами углекислотного пожароту-
шения. Блоки электростанции рассчитаны на транспортиров-
ку к месту постоянной эксплуатации железнодорожным, ав-
томобильным и водным транспортом. Предусмотрена утили-
зация тепла для производства тепловой энергии.

Основные технические характеристики электростанции БГТЭС-9,5

Мощность электростанции, МВт......................... 9,5

Тип двигателя........................................ НК-14Э

Тип генератора....................................... Т-12-2ЭУЗ

Частота вращения, об/мин............................. 3000

Род тока............................................. Трехфазный

переменный

Частота тока, Гц..................................... 50

Напряжение, В........................................ 10500

КПД электрический, %................................. 32,0

Удельный расход топливного газа,	кг/(кВтч)........... 0,218

Рабочее давление топливного газа,	кг/см2............. 24+1,0

Удельный расход масла, л/ч........................... 0,5

Масло для двигателя.................................. ТП-22С

по ТУ 38.101821

Температура выпускных газов, °C...................... 540

Время запуска и приема нагрузки из прогретого состояния,
мин, не более......................................... 10

Эмиссия NOX при 15 % О2, мг/м3, не более............. 50

Уровень звуковой мощности, дБА....................... 80

Ресурс до капремонта, ч.............................. 30000

Полный ресурс, ч...................................... 60000

Занимаемая площадь, м2............................... 400

Общая масса, т....................................... 215
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ГТУ-20С
ФГУП ММПП «САЛЮТ» (г. МОСКВА)

Установка ГТУ-20С — совместная разработка МКБ «Гра-
нит», ФГУП ММПП «Салют» й ОАО «Газпром», постав-
щик — ООО «Салют Энергия». Газотурбинная установка
ГТУ-20С предназначена для привода электрогенератора мощ-
ностью 20 МВт. Оснащена электронной цифровой системой
управления и регулирования. Эксплуатируется в составе
ГТЭС-72 (пос. Ямбург Тюменской обл.). Комплектуется обо-
рудованием, обеспечивающим: автономность; выработку го-
рячей воды или пара; поддержание постоянной номинальной
мощности при повышении температуры до +60 °C.

Основные технические характеристики ГТУ-20С

Тип двигателя..................................

Базовый газогенератор..........................

Мощность электростанции, кВт.................

Частота вращения вала генератора, об/мин.....

Тип генератора...............................

Род тока.....................................

Частота тока номинальная, Гц.................

Напряжение номинальное, В....................

КПД электрический, %.........................

Расход топлива, кг/ч.........................

Низшая теплотворная способность, кДж/кг......

Время пуска, мин:
пуск и нагружение............................

пуск и набор полной нагрузки..............

экстренный пуск и нагружение..............

Температура газа на выхлопе свободной турбины,
°C...........................................

Температура газа за турбиной генератора, °C..

Давление топливного газа, кг/см2.............

Расход масла, л/ч, не более:
газогенератор................................

модуль свободной турбины..................

Степень сжатия в компрессоре.................

Расход воздуха через компрессор, кг/с........

Ресурс до капитального ремонта, ч:
газогенератора...............................

свободной турбины.........................

Полный ресурс, ч:
газогенератора...............................

свободной турбины.........................

Эмиссия, мг/нм3:

NOX.......................................

СО2.......................................

Габаритные размеры, мм.......................

ГТД простого цикла
Одновальный АЛ-21Ф-3
со свободной турбиной
СТ-20
20000
3000

ТФГ-20-2УЗ либо
ТС-20-2УЗ
Трехфазный,
переменный
50
10500
31,4
4760
48000

20
25
5

460
441
25+0,5

0,6
0,3
14,4
100

20000
60000

30000
100000

До 50
До 50
Модуль газогенератора
в сборе с модулем
свободной турбины и
выхлопным патрубком,
7700x2200x3800
Глава 2

КОМПЛЕКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
ПОДСТАНЦИИ.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА.
СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ, КОНТРОЛЯ
И УПРАВЛЕНИЯ

2.1.	КОМПЛЕКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ

БЛОЧНЫЕ КОМПЛЕКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ БКТП
УЭБ ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ» (г. КРАСНОДАР)

Трансформаторные подстанции БКТП УЭБ предназначены
для приема, преобразования и распределения электрической
энергии переменного тока промышленной частоты 50 Гц при
номинальных напряжениях 110, 35, 6(10) кВ, рассчитаны для
наружной установки на высоте не более 1000 м над уровнем
моря, климатического исполнения У1, ХЛ1 по ГОСТ 15150 —
69 и ГОСТ 15543.1—89. Подстанции БКТП УЭБ поставляются
с нормальной и усиленной изоляцией. Схемы главных элек-
трических цепей на стороне 110, 35 кВ выполняются в соот-
ветствии с типовым решением института «Энергосеть-
проект» № 407-03-456.87. Подстанции БКТП УЭБ состоит из
унифицированных электротехнических блоков и блок-боксов
со смонтированным в них высоковольтным оборудованием
с элементами вспомогательных цепей. Блок-боксы, блоки
и металлоконструкции БКТП УЭБ могут транспортироваться
к месту установки железнодорожным, автомобильным, мор-
ским или речным транспортом (по усмотрению заказчика).

Основные технические характеристики
блочно-комплектной трансформаторной подстанции:

На основе унифицированных электротехнических блоков 110/35/6(10) кВ

Номинальная мощность трансформаторов, кВ А............ 6300	—	25000

Номинальное напряжение на стороне ВН, кВ............. 110

Номинальное напряжение на стороне СН, кВ............. 35

Номинальное напряжение на стороне НН, кВ............ 6(10)
На основе унифицированных электротехнических блоков 110/6(10) кВ

11<>минальная мощность трансформаторов, кВ А.............. 6300	— 25000

11оминальное напряжение на стороне ВН, кВ............... ПО

11оминальное напряжение на стороне НН, кВ............... 6(10)

На основе унифицированных электротехнических блоков 35/6(10) кВ

11оминальная мощность трансформаторов, кВ А............... 6300	— 25000

11оминальное напряжение на стороне ВН, кВ............... 35

11оминальное напряжение на стороне НН, кВ............... 6(10)

КОМПЛЕКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ КТПСН
ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ» ОАО «ЗАВОД «ЭЛЕКТРОПУЛЬТ»
(г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

Трансформаторные подстанции КТПСН предназначены
для электроснабжения потребителей собственных нужд
атомных, тепловых и гидроэлектростанций, а также цехов
промышленных предприятий, где электрические схемы соот-
ветствуют схемам главных и вспомогательных соединений
подстанции. Обеспечивают распределение электроэнергии
управления и защиту потребителей. В состав КТПСН входят
один или два сухих трансформатора мощностью 250, 400, 630
или 1 000 кВ-A и шкафы распределения электрической энер-
гии на стороне низкого напряжения (НН). Силовой транс-
форматор соединяется со щитом НН посредством панели
стыковки. Щит НН собирается из отдельных типовых шка-
фов шинного или кабельного ввода, секционирования, отхо-
дящих линий, управления трансформаторами и общесек-

Таблица 2.1

Основные технические характеристики КТПСН

Параметр	Мощность силового трансформатора, кВ А		
	250	400	630	1000
Номинальное напряжение на стороне ВН, кВ  Максимальное рабочее напряжение на стороне ВН, кВ  Номинальное напряжение на стороне НН, кВ  Ток термический стойкости на стороне  НН в течение 1 с, кА  Ток электродинамической стойкости на стороне НН, кА  Суммарная длительная нагрузка, А, не более	6,10  7,2, 12  0,4		
	6,3  10  16	25  400  600	25  80  800
ционных устройств. Изделие соответствует требованиям
межгосударственных стандартов, имеет сертификаты соот-
ветствия. Основные характеристики КТПСН приведены в
табл. 2.1.

БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
БКТП-10(6)/0,4 КВ ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ» (г. КРАСНОДАР)

Блочно-комплектные трансформаторные подстанции типа
БКТП предназначены для приема, преобразования и распре-
деления электрической энергии переменного тока промыш-
ленной частоты 50 Гц при номинальном напряжении 6(10) кВ.
БКТП состоит из: оболочки — утепленного блок-бокса; ком-
плектной трансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ; сухого
силового трансформатора (одного или двух) 10(6)/0,4 кВ
мощностью 250—1000 кВА; вспомогательного оборудования.

Основные характеристики подстанции БКТП-10(6)/0,4
приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Основные технические характеристики блочно-комплектной
трансформаторной подстанции БКТП-10(6)/0,4

Параметр	Мощность силового трансформатора, кВ А					
	250	400		630		1000
Группа соединений обмоток трансфор- матора			Д/Уц	y/y12		
Номинальное напряжение на стороне высшего напряжения (сторона ВН), кВ			6,10			
Наибольшее рабочее напряжение на стороне ВН, кВ			7,2	12		
Номинальное напряжение на стороне НН, кВ			0,4			
Ток термический стойкости на стороне ВН в течение 1 с, кА				0		
Ток электродинамической стойкости на стороне ВН, кА			5	1		
Ток термический стойкости на стороне НН в течение 1 с, кА		0			20	
Ток электродинамической стойкости на стороне НН, кА		>5			50	
2.2.	КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
НА НАПРЯЖЕНИЕ 6 (10) КВ

MCSET 6 (10) кВ ООО «ЗАВОД «КАЛИНИНГРАДАВТОМАТИКА»
(г. КАЛИНИНГРАД)

Комплектные ячейки, изготовленные по лицензии компа-
нии «Шнейдер Электрик», обеспечены высоким уровнем
конструкторских разработок фирмы «Мерлин Жерен», осно-
ванном на более чем 30-летнем опыте, а также гарантией вы-
сококачественного производства на ООО «Завод «Калинин-
градгазавтоматика». Ячейки — изделия высокой заводской
готовности, оснащенные выкатными элегазовыми выключате-
лями. Заказ оборудования сводится к заполнению опросных
листов. Все схемные решения соответствуют российским
стандартам и нормативно-правовым документам.

Распределительное устройство собирается из ячеек, со-
единенных между собой посредством сборных шин. Ячейки
MCset поставляются в металлических корпусах и предназна-
чены для установки в закрытых помещениях. В соответствии
с нормами МЭК 694 нормальные условия эксплуатации уста-
навливаемого в помещении оборудования включают:

Температура воздуха, °C............

Высота над уровнем моря, не более, м.

Среда..............................

Влажность среднесуточная/среднемесяч-
ная, %, не более.....................

От - 25 до 40

1000

Отсутствие или малое содержа-
ние пыли, дыма, коррозионных
и пожароопасных газов или
паров и соли

95/90

Изготовители ячеек допускают внесение изменений для
достижения соответствия специальным техническим требо-
ваниям.

На этапе разработки серии MCset учитывались следующие
основные требования заказчиков:

надежность в течении срока службы;

простота установки, эксплуатации и технического обслу-
живания;

безопасность персонала;

большие возможности контроля, управления и за-
щиты;

соответствие нормам международных и государственных
стандартов.
Надежность оборудования гарантирует контроль качества
выпускаемой продукции, проводимый компанией «Шнейдер»
(Schneider). В табл. 2.3 приведены значения основных пара-
метров, характеризующих уровень изоляции, степень защи-
ты, термическую и динамическую стойкость ячеек MCset.

Простота установки и эксплуатации комплектных распре-
делительных устройств (КРУ) определяется следующим. Все
ячейки КРУ имеют одинаковую глубину. Они могут устанав-
ливаться вплотную к стене и размещаться на простом фунда-
менте. Доступ к отсеку кабельной сборки высокого напряже-
ния может осуществляться спереди и снизу. Ручные пере-
ключения не требуют значительных усилий. Руководство, со-
ставленное на основе пиктограмм и имеющееся на каждой
передней панели, позволяет легко понять последовательность
действий и информацию о текущем состоянии оборудования.
Замки и блокировки предотвращают ошибочные действия.
Техническое обслуживание сводится к текущей проверке ра-
боты, к чистке и смазке с периодичностью в 5 лет.

Таблица 2.3

Основные технические характеристики ячеек MCset

Характеристика	Номинальное напряжение, кВ	
	6,3	10,5
Уровень изоляции  Наибольшее длительно допустимое рабочее	7,2	12
напряжение, кВ  Действующее значение допустимого напряже-	32	42
ние при частоте 50 Гц в течение 1 мин, кВ Ударное значение допустимого напряжения в	60	75
течение 50 мкс, кВ  Предельные значения номинального тока и то	ко термическо	й стойкости
для основных видов ячеек		
Ячейка с выключателем Номинальный ток, А	630-3150	630-3150
Ток термической стойкости, кА	31,5-50	31,5-50
Ячейка с выключателем нагрузки и предохра- нителем  Номинальный ток, А	100	100
Ток термической стойкости, кА	50	40
Стандартная степень защиты		
Степень защиты оболочки	IP3X	
Степень защиты отсеков	IP2XC	
В КРУ предусмотрена многоуровневая система обеспече-
ния безопасности персонала:

операции по выкатыванию и вкатыванию выключателей
допускаются только при закрытом доступе к токоведущим
частям;

система механических и электрических блокировок не -
допускает ошибочных переключений, при наличии осо-
бых условий эксплуатации эта система может быть допол-
нена блокировками с помощью внутренних и наружных
замков;

на передней панели ячейки в непосредственной близости
к заземляющему разъединителю расположен индикатор на-
личия напряжения.

Система контроля, управления и защиты, реализованная в
ячейках MCset на базе блоков Sepam предусматривает сле-
дующее:

наглядное отображение состояния установки;

доступ в реальном времени к устройствам защиты и
управления;

управление системой предупредительных сигналов;
обработка данных;

управление потреблением электроэнергии;

контроль наличия и качества электроэнергии;

широкий спектр защит;

диспетчерское управление и сбор данных (система
SCAD А);

протоколирование информации о состоянии, предупреди-
тельных сигналах и вмешательствах в работу сети;

возможность работы системы контроля, управления и за-
щиты в автономном и интегрированном в систему более вы-
сокого уровня (ISIS 1000) режимах.

Ячейка MCset состоит из отсеков: сборных шин; от-
ключающего аппарата; кабельных присоединений и из-
мерительных трансформаторов; защиты, контроля, управле-
ния и вспомогательных устройств низкого напряжения.
На рис. 2.1 показаны основные элементы вводной или
отходящей ячейки. Таблица 2.4 определяет основные харак-
теристики ячеек серии MCset. Номенклатура ячеек класси-
фицируется по функциональному назначению (тип ячейки
с блоком защиты и контроля) и по номинальным параметрам
(собственный тип ячейки). Соответствие типов определяется
табл. 2.5. Принципиальные электрические схемы ячеек
приведены на рис. 2.2. Размеры и масса ячеек приведены в
табл. 2.6.
1

2

3

Рис. 2.1. Конструкция вводной и отходящей ячейки типа AD:

1 — фиксированная часть; 2 — отсек выкатного элемента; 3 — отсек защи-
ты, контроля, управления и устройств низкого напряжения; 4 — Sepam; 5 —
дверца отсека низкого напряжения; б — дверца отсека выключателя; 7 —
панель управления выкатным элементом; 8 — панель управления заземляю-
щим разъединителем; 9 — панель доступа в кабельный отсек и к измери-
тельным трансформаторам

Пример выбора ячейки

Для выполнения функции «отходящая линия к трансфор-
матору» выбрана ячейка с блоком управления и контроля ти-
па TF-B. Характеристики отходящей линии следующие: но-
минальное напряжение — 6 кВ; ток короткого замыкания —
40 кА; номинальный ток — 630 А.

Согласно табл. 2.5 этим характеристикам соответствует
собственный тип ячейки AD2.

Примеры компоновочных чертежей: линейная схема РУ с
двумя источниками и секционным выключателем, а также
52
Таблица 2.4

Сведения по серии ячеек MCset

	Вид ячейки										
Признак		Вводная		Отходящая			Вводная		Секционная		Трансфор- матор напряжения
Подключаемое устройство	Линия	Транс- форма- тор	Генера- тор	Линия	Транс- форма- тор	Транс- форма- тор	Двига- тель	Кон- ден- сатор	Щит	Под- стан- ция	—
Коммутацией-	Вы-	Вы-	Вы-	Выклю-	Выклю-	Выклю-	Вы-	Вы-	Выклю-	Вы-	—
ный аппарат	ключа- тель	ключа- тель	ключа- тель	чатель	чатель	чатель нагруз- ки	ключа- тель	ключа- гель	чатель	ключа- тель	
Тип ячейки с блоком -защиты и контроля	LI-B	TI-B	GI-B	LF-B	TF-B	TF-S	MF-B	св-в	BS-B	SS-B	BB-V
Собственный тип ячейки	AD (1-4)	AD (1-4)	AD (1-4)	AD (1-2-4)	AD (1-2-4)	DI (2-4)	AD (1-2)	AD (1-4)	CL (1-3-4)	AD (1-4)	ТТ(1—2 —4)
Тип блока за- щиты и контро- ля	Sepam S	Sepam Т	Sepam G	Sepam S	Sepam Т	—	Sepam М	Sepam С	Sepam В	Sepam S	—

ы
Таблица 2.5

Соответствие типов ячеек MCset

Обозначение и функция	Тип ячейки	Напряжение, кВ			
		6,3		10	5
		/«OMI А	Acai кА	AlOMr А	кА
LI-B вводная линия выключа-	AD1	1250	31,5	1250	31,5
теля	AD2	1250	50	1250	40
TI-B ввод трансформатора с выключателем  GI-B ввод генератора с вы- ключателем  SS-B секционный выключа- тель подстанции	AD3	3150	50	3150	50
LF-В отходящая линия с вы-	AD1	1250	31,5	1250	31,5
ключателем	AD2	1250	50	1250	40
TF-B отходящая к трансфор- матору с выключателем  MF-В отходящая к двигателю с выключателем  СВ-В отходящая к конденса- тору с выключателем	AD3	3150	50	3150	50
TF-S отходящая к трансфор- матору с выключателем на- грузки	DI2	100	50	100	50
BS-B секционный выключа-	CL1	1250	31,5	1250	31,5
тель щита	CL2	1250	50	1250	40
	CL3	3150	50	3150	50
ВВ-V трансформатор напря-	ТТ1	3150	31,5	3150	31,5
жения, заземление сборных шин	ТТ2	3150	50	3150	50
Примечание. 1„т — номинальное значение тока термической стойкости,		значение тока; 7		из — предельное	

Таблица 2.6

Размеры и масса ячеек серии MCset

Параметры	Тип ячейки							
	AD1	AD2	AD3	CL1	CL3	ТТ1	ТТ2	DI2
Ширина, см	57	70	90	114	180	57	70	70
Высота, см	230	230	230	230	230	230	230	230
Глубина, см	155	155	155	155	155	155	155	155
Масса, кг	850	1000	1300	1300	1700	500	550	500
a

Рнс. 2.2. Однолинейные схемы ячеек MCset:

а — вводной (LI-B, TI-B, GI-B); б — отходящей и секционной (LF-B, TF-B,
MF-В, СВ-В); в — фидерной с выключателем нагрузки (TF-S); г — секцион-
ной (BS-B); д — с трансформатором напряжения и заземлением сборной
шины (BB-V)

установка ячеек над кабельным каналом, представлены на
рис. 2.3 и 2.4 соответственно.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО КОММУТАЦИОННЫМ АППАРАТАМ,
ИХ ПРИВОДАМ И ДАТЧИКАМ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ЯЧЕЕК MCset

В ячейках MCset используются выключатели типа LF и
выключатели нагрузки типа DI. В автоматических выключате-
лях, выключателях нагрузки и контакторах ячеек указанной
серии используется шестифтористая сера (SF6— элегаз). Ра-
бочие части коммутационных аппаратов имеют оболочку из
изоляционного материала, которая служит для герметизации
систем, находящихся под давлением, в соответствии со стан-
Рис. 2.3. Пример компоновочного чертежа: линейная схема РУ
Рис. 2.4. Пример компоновочного чертежа: установка ячеек над кабельным
каналом

дартом МЭК 56. Аппараты ячеек серии MCset имеют сле-
дующие отличительные характеристики:

длительный срок службы;

отсутствие обслуживания рабочих элементов;

повышенная электрическая прочность;

низкий уровень коммутационных перенапряжений;

повышенная безопасность эксплуатации;

нечувствительность к условиям окружающей среды;

низкое давление элегаза.

Выключатели серии LF устанавливаются в ячейках АО и
CL. Отключение базируется на принципе автокомпрессии в
элегазе. Принцип работы выключателя в процессе его отклю-
чения представлен на рис. 2.5. Три главных полюса находятся
в изолирующей оболочке выключателя, заполненной элегазом
под сравнительно низким давлением в 0,15 МПа. Использова-
ние элегаза под низким давлением обеспечивает повышен-
ную надежность герметизации. На рис. 2.5, а показан выклю-
Рис. 2.5. Принцип работы выключателя в процессе его отключения:

а — выключатель включен; б — разомкнуты главные контакты; в - период
дуги; г — выключатель выключен

чатель во включенном состоянии. Началу процесса отключе-
ния соответствует рис. 2.5, б, при этом главные контакты вы-
ключателя разомкнуты, а ток проходит через дутогасительные
контакты, находящиеся в замкнутом состоянии. На рис. 2.5, в
представлен период разделения дутогасительных контактов,
сопровождаемый наличием дуги между дутогасительными
контактами, гашение которой обеспечивается за счет авто-
компрессии. Принцип автокомпрессии основан на технике
вращения дуги и эффекте температурного расширения. Дуга
охлаждается, поворачиваясь под действием магнитного поля
встроенной катушки, кроме того избыточное давление в ка-
мере расширения, обусловленное температурой дуги, сдвига-
ет дугу перпендикулярно свободному контакту. На рис. 2.5, г
показан выключатель в отключенном состоянии.

Выключатели серии LF приводятся в действие приводом
RI, который обеспечивает независимость скорости включения
и выключения от оператора. Сочетание привода RI и мотор-
редуктора обеспечивает дистанционное управление и осуще-
ствление цикла повторного включения. Привод RI включает в
себя:

пружинный механизм накопления энергии, необходимой
для включения и последующего отключения коммутационно-
го аппарата;

рычаг ручного взвода пружины;

устройство автоматического взвода с электродвигателем,
осуществляющим взвод привода сразу же после включения
коммутационного аппарата в течение 15 с;

механическое устройство включения и отключения аппа-
рата с помощью двух кнопок, расположенных на передней
панели привода;

электрическое устройство включения, состоящее из рас-
цепителя включения с дистанционным управлением через
реле антинакачки;

электрическое устройство отключения с одним или не-
сколькими расцепителями отключения, срабатывающими при
подаче или снятии напряжения;

счетчик циклов «включение-отключение»;

контакт сигнализации о взводе привода (по заказу);

контакт сигнализации об окончании взвода привода;
индикатор состояния «отключено/включено»;

многоконтактный разъем для секционирования вторичных
цепей в позиции «выкачено».

Для питания привода может использоваться переменный
или постоянный ток на напряжение 48 — 110—125 — 220 В или
24 — 30 — 48 — 60—110—125 — 220 В соответственно. Ток отклю-
чения равен 10 А при напряжении 220 В переменного тока
или 1,5 А при напряжении 220 В постоянного тока.

Ячейка типа DI серии MCset, предназначенная для пита-
ния трансформатора малой мощности (например, первичный
трансформатор для собственных нужд КРУ), оснащены элега-
Рис. 2.6. Принцип работы выключателя нагрузки в процессе его отключе-
ния:

а — выключатель включен; б — выключатель выключен; в — выключатель
заземлен

зовым выключателем нагрузки типа TF в комплекте с приво-
дом типа CI2. В выключателе TF три вращающихся контакта
помещены в оболочку, заполненную газом под относитель-
ным давлением 0,4 бар (0,04 МПА). Принцип работы выклю-
чателя нагрузки при отключении показан на рис. 2.6. Чтобы
усилить охлаждение дуги, относительно ее создается движе-
ние элегаза. Взаимодействие электрического тока и магнит-
ного поля постоянного магнита вызывает вращение дуги во-
круг неподвижного контакта, ее охлаждение и растяжение
вплоть до гашения при прохождении тока через ноль. Систе-
ма гашения дуги проста и надежна, что обеспечивает высо-
кую электрическую прочность и малый износ контактов вы-
ключателя нагрузки. Выключатели нагрузки TF оснащаются
предохранителями типа Fusarc. В табл. 2.7 приведены данные
для выбора параметров предохранителей для защиты транс-
форматоров мощностью от 25 до 1250 кВ А.

В цепях измерения, контроля и защит ячеек MCset ис-
пользуются многофункциональные датчики тока, обычные
трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Таблица 2.7

Данные для выбора предохранителей защиты трансформаторов
мощностью 25-1250 кВ-А

Напряже- ние, кВ	Значения номинальных токов, А, при защите трансформаторов указанной мощности, кВ А													
	25	50	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250
6	10	16	25	32	40	50	50	63	80	100	-	-	-	-
10	6	6	16	16	25	25	32	40	50	50	63	80	80	100
Многофункциональные датчики тока типа CSP, разрабо-
танные фирмой Merlin Gerin, основаны на принципе катушки
Роговского. Специальные методы намотки обмоток и отсутст-
вие магнитного сердечника позволяют избежать явления на-
сыщения и остаточного потока. Таким образом, будучи пол-
ностью линейными, они передают на вторичную обмотку
сигналы, не искажая стационарные и переходные процессы в
первичной обмотке. По сравнению с обычными трансформа-
торами у многофункциональных датчиков тока значительно
шире диапазон первичных токов. Кроме того, всего четыре
типа датчика обеспечивают возможность перекрытия широ-
кого диапазона первичных токов — от 30 до 2500 А.

Обычные трансформаторы тока на 1 А или 5 А вторич-
ного тока допускают силу тока первичной обмотки от 10 А до
3000 А. Устройство Sepam применяется со всеми типами
трансформатора тока. Тем не менее компания «Шней-
дер» разработала перечень трансформаторов тока, наилуч-
шим образом совместимых с цифровыми устройствами за-
щиты.

Трансформаторы напряжения, применяемые в ячейках
MCset, выпускаются в двух вариантах: VRQ3 — с одним изо-
лированным вводом высокого напряжения — для включения
между нейтралью и фазным проводом в трехфазной сети че-
рез выкатной предохранитель; VRC1 — с двумя изолирован-
ными вводами высокого напряжения — для включения меж-
ду фазными проводами. Для защиты от замыкания на землю
используется тороидальные трансформаторы типов CSH 120
и CSH 200. Они отличаются только диаметром.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВАМ ЗАЩИТЫ, КОНТРОЛЯ
И УПРАВЛЕНИЯ СЕРИИ SEPAM

В устройствах серии Sepam используются цифровые тех-
нологии, которые при выполнении функций защиты, контро-
ля и управления обеспечивают ряд преимуществ, изложен-
ных ниже.

Готовность к работе

Использование передовых методов самотестирования и
самодиагностики обеспечивает полный контроль за состояни-
ем самого устройства. Обслуживающий персонал постоянно
получает информацию о состоянии устройства, отпадает не-
обходимость в проведении периодических проверок. На слу-
чай повреждения имеются эффективные средства вмеша-
тельства. Риск эксплуатации установки с неисправной релей-
ной защитой сведен к минимуму.

Снижение общей стоимости

Интеграция всех функций, необходимых для защиты и
управления объектом в одном блоке, позволяет обеспечить
более рациональную эксплуатацию, оптимизировать техниче-
ские характеристики и снизить общую стоимость устройства
при улучшении технических характеристик и качества об-
служивания.

Снижение затрат обеспечивается: на этапе разработки —
путем выбора блоков, готовых к эксплуатации без детального
проектирования; на этапе установки — путем интеграции
вспомогательных реле, а также измерительных приборов и
устройств сигнализации; на этапе ввода в действие — благо-
даря простоте монтажа и наладки; на этапе эксплуатации —
благодаря дистанционному управлению и облегченному дос-
тупу к информации; на этапе технического обслуживания —
благодаря уменьшению профилактических работ.

Гибкость

Встроенный в Sepam 2000 программируемый контроллер
позволяет адаптировать устройство к любым возможным ти-
пам логики управления и стандартам применения для защиты
контроля и управления подстанций, сборных шин, трансфор-
маторов, двигателей, конденсаторных батарей, генераторов.
Каждое устройство располагает полным набором функций
релейной защиты, измерений, управления, контроля и сигна-
лизации, необходимых для соответствующего стандарта при-
менения. Характеристики релейных защит имеют широкий
диапазон настройки и могут быть адаптированы к любой ло-
гике защиты. Логика защиты может быть изменена путем
смены картриджа с постоянным запоминающим устройством
(ПЗУ). Наличие функции логической селективности позволя-
ет уменьшить время отключения при аварии в защищаемой
установке независимо от величины ступени селективности по
времени или типа защитной характеристики. Такой принцип
позволяет задавать выдержку времени на стороне питания
более короткую, чем на стороне потребления, при сохране-
нии селективности срабатывания.
Промышленная серия устройств Sepam включает две базо-
вые модели: Sepam 1000 и Sepam 2000, технология производ-
ства которых сертифицирована по международному стандар-
ту ISO9001 и включает цикл температурных и вибрационных
испытаний. Наряду с указанными Sepam включает серию
дополнительных модулей Sepam 100 следующих типов:

LA — защита в фазах и защита от замыканий на землю с
независимой выдержкой времени без вспомогательного пи-
тания;

RT — обработка информации от контактов термостата и
газового реле трансформаторов;

LD — дифференциальная защита;

MI — управление и сигнализация о состоянии коммутаци-
онного аппарата.

Эти модули могут устанавливаться как отдельно, так и
вместе с устройствами Sepam 1000 или Sepam 2000.

Устройство серии Sepam 1000 является модулем, исполь-
зующим наиболее распространенные схемы защиты, не тре-
бующие автоматики и дистанционного управления, и имеет
невысокую стоимость. Существует несколько типов Sepam
1000, адаптированных к применению со следующим электро-
оборудованием: фидер; сборные шины; трансформатор; элек-
тродвигатель. Каждый тип имеет несколько видов защит, не-
обходимых для данного применения, а также обеспечивает
необходимые измерения. Например, тип М02, предназначен-
ный для электродвигателей, обеспечивает измерения: фазного
тока, максимального значения фазного тока, тока отключе-
ния, тока небаланса, числа пусков, числа часов работы. Уст-
ройство этого же типа обеспечивает следующие защиты:
максимальная токовая в фазах; МТЗ на землю; от перегрева;
от небаланса токов; от блокировки ротора; от затянутого пус-
ка; ограничения числа пусков; минимального тока. На перед-
ней панели устройства Sepam 1000 расположены: клавиатура
для вывода измеряемых величин и регулировки параметров;
цифровой дисплей; сигнальные светодиоды.

Новой является серия Sepam 1000 +, По сравнению с
Sepam 1000 у нее расширены функции защиты, измерения,
управления и контроля. Sepam 1000+ открывает новые воз-
можности для расширения функций простым добавлением
модулей и для интеграции в любую систему диспетчерского
управления.

Sepam 2000 заменяет такие измерительные приборы, как
амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики энергии, при-
боры измерения температуры и качества электроэнергии.
Большая часть информации об измеренных величинах мо-
жет быть выведена на дисплей устройства Sepam. Полная
информация, включая результаты измерений, выводимые
на дисплей, и дополнительные результаты измерений мо-
гут быть выведены на пульт TSM. Указанный переносной
пульт предназначен для считывания информации и осуществ-
ления регулировки защит. Доступ к регулировке защищен
паролем.

Управление выводом информации на дисплей Sepam осу-
ществляется с помощью клавиш выбора измерений, индика-
ции и сброса сообщений, расположенных под дисплеем. В
целях безопасности эксплуатации ячейки MCset клавиши не
дают доступа к регулировке защит.

Кроме дисплея и клавиш управления на передней панели
Sepam установлены сигнальные лампы: «выключатель отклю-
чен»; «выключатель включен»; «trip» — отключение защита-
ми; зеленая лампа индикации наличия питания оперативным
током; красная лапма индикации повреждения и перехода в
нерабочее состояние. Рядом с информационным окном рас-
положена дверца доступа к разъему для подключения пульта
или компьютера и доступа к гнезду картриджа ПЗУ.

Функции управления, контроля, измерения и настройки
защит могут быть осуществлены через персональный компь-
ютер (ПК), подключаемый к тому же разъему, что и пульт, но
через специальный адаптер и с использованием программно-
го обеспечения SFT2801. Sepam 2000 обеспечивает возмож-
ность записи осциллограмм аварийных режимов. Данная
функция позволяет записывать аналоговые сигналы тока и
напряжения, а также логические состояния в течение време-
ни действия повреждения. Для графического воспроизведе-
ния осциллограмм на компьютере используется программа
SFT 2826.

Коммуникационные возможности Sepam позволяют вклю-
чить КРУ, состоящее из ячеек Mcset, в единую систему
управления на базе специальной автоматизированной систе-
мы ISIS 1000, разработанной для управления и контроля обо-
рудования высокого и низкого напряжения. На рис. 2.7 при-
веден пример объединения устройств Sepam в общую систе-
му управления. Пользовательский интерфейс системы ISIS
1000 специально разработан для специалистов-электриков,
диспетчерское управление и сбор данных реализовано в сис-
теме SCADA. Интерфейс прост в понимании и в повседнев-
ном использовании. Кроме того, интерфейс имеет много-
уровневую систему доступа через специальные коды, кото-
64
ПК

Рис. 2.7. Диспетчерская система управления КРУ:

ПК — компьютер; ЦУ — центр управления; М — двигатель; G — генератор;
1 — Sepam; 2 — модуль связи

рые ответственный за безопасность установки сотрудник
распределяет среди операторов.

Программное обеспечение системы ISIS 1000, модули свя-
зи, так же как и программы (SFT 2801, SFT 2826) для инди-
видуальной работы устройства Sepam с ПК и адаптер для
подключения компьютера, поставляются по специальному
заказу. Система ISIS 1000 в комплекте с модулем связи
(Ibus/Modbus или иной) для подключения к системе диспет-
черизации обеспечивает: измерение электрических величин;
сигнализацию; управление выключателем; считывание и из-
менение регулировок; диагностику сети путем записи собы-
тий в хронологическом порядке и графического отображения
измеряемых величин.

В табл. 2.8 и 2.9 приведены функции, реализованные в
различных типах Sepam 2000, которые предназначены для
работы с трансформаторами и двигателями соответственно.

Далее приведены пояснения некоторых функций, которые
не являются широко распространенными.

Устройство Sepam 2000 может включать несколько плат
приема сигналов тока или напряжения. Токи, напряжения и
0)

0>

Таблица 2.8

Функции Sepam 2000 защиты контроля и управления трансформатора

Функция	Тип Sepam																	
	О Н	<*) о Н	<*) о	О Н	о Н	S н	Н	О) о Н	О  Н	Н	сч Н	<*) н	Н	н	О  Н	Н	СО  Н	о> Н
					Защита													
Тепловая (49)	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
МТЗ в фазах (50/51)	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
МТЗ на землю (50N/51N)	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
Максимального остаточного на-		1			1	1			1	1	1	1	1	1			1	1
пряжения (59N)																		
Направленная максимальная то-		1			1	1			1			1						
ковая в фазах (67)																		
Направленная максимальная то-		1			1	1			1			1			1	1		1
ковая на землю (67N)																		
От замыкания на корпус (50/51)			1			1	1				1	1			1		1	
В цепи нейтрали (50N/51N)			2			2	2				2	2			2		2	
Минимального напряжения (27)								1	1								1	1
Минимального остаточного на-								1	1								1	1
пряжения (27R)																		
Максимального напряжения (59)								2	2								2	2
Защита в цепи заземленной ней-			1			1	1				1	1			1		1	
трали (64REF)																		
					Измерения													
Фазный ток (/1, 12, /3)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Максиметр фазного тока	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Напряжение z.l	I i3	—			—		4“	—	*	Т	—	—	т	—	т	-г	т	т	
Активная и реактивная мощ- ность (Р, О)		4-			+	4-	+	+	+	+	+	+	+	+	4-	+	+	+
Максиметр активной и реактив- ной мощности		+			+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Коэффициент мощности		+			+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Частота		4-			+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Нагрев	+	+	+	+	+	+	+	+	+	4-	+	+	+	+	+	+	+	+
Активная и реактивная энергия		+			+	+	+	+	+	4"	+	+	+	+	+	+	+	+
Токи отключения (/1, 12, 13, 1а)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	4-	+	+	+	+	+	+	+	+
Действующее значение тока	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Запись осциллограмм	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+		+	+	+	+	+	+
Остаточный ток	+	+	+	+	+	4*	+	+	4-	+	+	4"	+	+	+	+	+	+
Остаточное напряжение		+			+	4-	+	4-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Коммулятивное значение токов отключения и число отключений	+	+	+	+	+	+	+	4"	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
				Управление и контроль														
Включение/отключение	+	4*	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Удержание/квитирование (86)	+		+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Блокировка включения (69)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Сигнализация (30)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	4-	+	+	+	+	+
Газовое реле	+	+	+			+		+	+				+	+		+	+	+
Взаимотключение	+	+	+			+		+	+				+	+		+	+	+
Логическая селективность (68)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Контроль цепи отключения (74)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Контроль наличия разъема (74)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Функция

Счетчик коммутаций

Счетчик отключении по между-
фазным КЗ

Запуск записи аварийного ре-
жима

Продолжение табл. 2.8 

Тип Sepam

u->

4"

4"

4"

4"

+

4"

некоторых функций управления в скобках указаны
. Г чг чт___________-	X I tirVLJ гЬА-аипИ ТС

соответствую-

Примечания: 1. В первом столбце для защит и некоторых функции управления о	---------

щие коды ANSI. 2. Цифры в колонках указывают число функций. Например, для максимальной фазной токовой защиты
«4» означает 4 независимых максимальных токовых фазных защит. 3. Знаком « + » обозначено наличие соответствую-
щей функции, при отсутствии данной функции для определенного типа устройства соответствующая ячейка таблицы
оставлена пустой.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Таблица 2.9

функции Sepam 2000 защиты контроля					и управления электродвигателя					—		—
Функция	М02	МОЗ	М04	М05, М20	М06	М07	М08	М09, М21	МП, М22	М14	М15	М16, М23
			Защита									
Тепловая защита (49)  Максимальная токовая в фазах	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2	1  2
(50/51)  Максимальная токовая на землю	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
(50N/51n(G))  Небаланс/максимальная обратной последовательности (46)	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Блокировка	ротора/затянутый  пуск (48/51LR)	1	*	*	*		1	1	1		-	•	
Минимальная токовая в фазах (37)	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Ограничение числа пусков (66)	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Минимального напряжения пря- мой последовательности (27D)		2	2		2	2	2	2	2	2	2	2
Чередования фаз (47)		1	1		1	1	1	1	1	1	1	1
Направленная максимальная то- ковая от замыканий на землю (67N)		1			1	1		1				
Возврат активной мощности (32Р)			1				1		1			
Максимум реактивной мощности (32Q/40)			1				1		1			
Контроль температуры (38/49Т)				6  12		6	6	6  12	6  12	6		6  12
Дифференциальная двигателя (87М)					1	1	1			1		
			Измерения									
Фазный ток (/1, 12, 13)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	4-	4-
Максиметр фазного тока	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	4-
Напряжение (£/21, £/32, £713)	+	+		4-	+	+	+	+	+	+	4-	
Активная и реактивная мощность (Л Q)		+	+		4-	+	+	+	+	+	4-	4-
Максиметр активной и реактив- ной мощности		+	+		4-	+	+	+	4-	+	+	4-
Коэффициент мощности		+	+		4-	+	4-	+	+	4-	4-	4-
Частота		+	+		4-	+	+	+	+	4-	+	+
Продолжение табл. 2.9

Функция	Типы Sepam											
	М02	МОЗ	М04	М05, М20	М06	М07	М08	М09, М21	МП, М22	М14	М15	М16, М23
Активная и реактивная энергия (± Втч, ±ВАрч)		+	+		+	+	+	+	+	+	+	+
Токи отключения (/1, 12, 12, /<>)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Действующее значение тока	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Запись осциллограмм аварийных режимов	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Нагрев	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Время запрета пуска/ число пус- ков до запрета	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Температура				+		+	+	+	+	+		+
Чередование фаз		+	+		+	+	+	+	+	+	• +	+
Коэффициент несимметрии/ток обратной последовательности	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Время пуска и пусковой ток	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Остаточный ток	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Остаточное напряжение		+			+	+		+				
Комулятивное значение токов отключения и число отключений	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Дифференциальный и сквозной ток					+	+	+			+		
		Контроль и управление										
Включение/ отключение	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Удержание/квитирование (86)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Блокировка включения (69)	-г	т-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Сигнализация (30)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Разгрузка	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Повторный пуск		+	+		+	+	+	+	+	+	+	+
Логическая селективность (68)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Контроль цепи отключения (74)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Контроль наличия разъема DPC (74)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Счетчик коммутаций	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Счетчик часов работы	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Счетчик отключений по между- фазным КЗ	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Запуск осциллограмм аварийных режимов	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

Примечания: 1. В первом столбце для защит и некоторых функций управления в скобках указаны соответствую-
щие коды ANSI. 2. Цифры в колонках указывают число функций. Например, для максимальной фазной токовой защиты
«2» означает 2 независимых максимальных токовых фазных защит. 3. Знаком « + » обозначено наличие соответствую-
щей функции, при отсутствии данной функции для определенного типа устройства соответствующая ячейка таблицы
оставлена пустой.
частота, соответствующие первой плате приема обозначены
Г, V — для фазных напряжений, W — для линейных напря-
жений, F' — для частоты. Токи, напряжения и частота, соот-
ветствующие второй плате приема обозначены I, V — для
фазных напряжений, U — для линейных напряжений, F —
для частоты.

Максиметр фазных токов. Данная функция выдает наи-
большую величину действующего значения тока в каждой
фазе, полученное с момента последней установки на нуль
(сброса). Эта величина обновляется в каждый «период инте-
грации», который может составлять 5, 10, 15, 30 или 60 мин.
Период регулируется с помощью переносного пульта. Резуль-
таты измерений доступны на устройстве индикации, на пере-
носном пульте, по линии связи. Величина измерения сохра-
няется при потере питания вторичных цепей. Диапазон из-
мерений составляет (0,015 — 24) /ном, где /ном — значение но-
минального тока.

Максиметры активной и реактивной мощности. Данная
функция выдает наибольшие значения активной и реактив-
ной мощности, полученные с последней установки на нуль.
Диапазон измерений составляет от 0,015 SH0M до 999 МВт
(Мвар).

Кумулятивное значение токов отключения и число от-
ключений. Данная функция выполняет для пяти диапазонов
тока подсчет числа отключений, а также накопление нарас-
тающим итогом значений токов отключения. Диапазоны то-
ков имеют следующие границы:

1. 0 < 1< 2 /ном;

92/	</<57 

** ‘ном	и ‘НОМ*

3.	О /ном < / < Ю /номг

4.	10 Дом < / < 24 /Ном!

5.	/ > 24 /ном.

Данная функция также позволяет получить общее число
отключений и общее кумулятивное значение токов отключе-
ния. Диапазон измерений токов 0 — 9999 кА, диапазон числа
отключений 0 — 99999. Эти измерения доступны на пульте.

Запись осциллограмм аварийных режимов. Данная функ-
ция обеспечивает запись аналоговых сигналов и логических
состояний. Запоминание записи начинается до события от-
ключения (в течение шести периодов) и продолжается после
него (в течение 80 периодов). Запись включает значения раз-
личных сигналов, даты, характеристики записанных сигналов.
Файлы записываются в памяти со сдвигом FIFO (First In, First
Out — первый вошел, первый вышел): при начале новой за-
72
писи стирается самая старая. Устройство Sepam хранит две
записи. Каждая запись, в зависимости от числа плат приема,
содержит от 4 до 12 аналоговых сигналов. Пересылка запи-
санных файлов может осуществляться на месте — с помо-
щью ПК, подключенного к разъему пульта и имеющему про-
граммное обеспечение SFT 2801, или дистанционно — с по-
мощью специального программного обеспечения системы
диспетчеризации. Восстановление сигналов записи осуществ-
ляется с помощью программного обеспечения SFT 2826.

Логическая селективность. Данная функция по сравнению
с временной селективностью значительно сокращает задерж-
ку отключения выключателя, расположенного наиболее близ-
ко к источнику. Применяется в сочетании с максимальными
токовыми защитами с независимой или зависимой выдерж-
кой времени. Принцип логической селективности поясняется
схемой на рис. 2.8. При коротком замыкании (КЗ) в радиаль-
ной сети ток замыкания протекает по цепи между источни-
ком и точкой КЗ. При этом:

активируются защиты, установленные до точки замыка-
ния;

не активируются защиты, установленные после точки за-
мыкания;

срабатывает только первая защита, установленная до точ-
ки замыкания.

Рис. 2.8. Принцип работы Sepam в функции «логическая селективность»
Каждый Sepam, кроме тех, что управляют работой двига-
телей и конденсаторов, способен передавать и получать ко-
манду логического ожидания (ЛО). Устройства Sepam двига-
телей и конденсаторов могут только передавать команду ЛО.

Когда Sepam возбужден током повреждения (замыкания),
он работает следующим образом:

передает команду ЛО на выход 014, блокируя сраба-
тывание соседнего Sepam, установленного ближе к источ-
нику;

вызывает отключение соединенного с ним выключателя,
если в свою очередь не получил команды ЛО на вход 112.

Передача команды логического ожидания сохраняется в
течение времени, необходимого для устранения замыкания.
Передача команды ЛО снимается после выдержки времени,
учитывающей время срабатывания коммутационного аппара-
та и время возврата защиты.

КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СЕРИИ
К-104 М(С1) И К-105 (С1) ОАО «МОСЭЛЕКТРОЩИТ»

Комплектные распределительные устройства серии К-104
М(С1) и К-105(С1) имеют двухстороннее обслуживание и
предназначены для внутренней установки. Назначением КРУ
является прием и распределение электроэнергии трехфазного
переменного тока напряжением б или 10 кВ, частотой 50 ГЦ в
электроэнергетических системах и системах промышленного
электроснабжения.

Основные технические характеристики КРУ серии К-104 М(С1) и К-105 (С1)

Серия	  Номинальное напряжение (линей- ное), кВ	  Максимальное рабочее напряжение, кВ		К-104 М(С1)	6; 10  7,2; 12	К-105 (С1)
Номинальный ток главных цепей, А	400, 630, 800, 1000, 1250, 1600		2000, 3150
Номинальный ток сборных шин, А  Номинальный ток отключения вы-	1600, 2000, 3150		2000, 3150
ключателей, кА	  Ток термической стойкости (3 с для главных цепей; 1 с для замещаю-	16; 20; 31,5; 40’		31,5; 40'
щих ножей), кА	  Номинальный ток электродинами-	20; 31,5; 40'		31,5; 40'
ческой стойкости, кА	  Номинальное напряжение вспомо- гательных цепей, В:  постоянного тока	  переменного тока		50, 80, 128"	220  220	80, 128'
Габаритные размеры, мм:
ширина......................... 750

глубина........................ 1320	(1435’)

высота........................ 2230

Масса шкафа, кг.................. 680	— 880

1125 (1000')

1450 (1410')

2340
930-1330

‘Для шкафов с элегазовыми выключателями.

КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СЕРИИ
К-204 ЭП, К-205 ЭП ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ»
ОАО «ЗАВОД «ЭЛЕКТРОПУЛЬТ» (г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

КРУ предназначены для приема и распределения электри-
ческой энергии трехфазного переменного тока часто-
той 50 Гц на номинальное напряжение б и 10 кВ, применяют-
ся для всех видов электрических станций и подстанций,
энергосистем и электроснабжения предприятий всех
отраслей промышленности, включая объекты атомной энер-
гетики.

Шкафы выполняются по схемам главных цепей и релей-
ной защиты и автоматики с применением электромеханиче-
ских устройств по типовым разработкам ведущих проектных
организаций: ВНИПИЭнергопром, Энергосетьпроект, Атом-
теплоэнергопроект, Тяжпромэлектропроект, Сетьэнергопро-
ект и др.

По желанию заказчика могут быть изготовлены шкафы
КРУ со стандартным размещением аппаратов и шкафы вы-
движного типа с выкатными элементами. Выкатной элемент
представляет из себя жесткую каркасную конструкцию с вы-
ключателями LF, ВБЭ, ВВЭ-М или BB/TEL. Изделие соответ-
ствует требованиям межгосударственных стандартов, имеет
сертификаты соответствия.

Основные технические характеристики КРУ К-204 ЭП, К-205 ЭП

Тип КРУ.............................

Номинальное напряжение, кВ..........

Максимальное рабочее напряжение, кВ.

Номинальный ток главных цепей, А....

Номинальный ток отключения, кА......

Ток термической стойкости, кА.......

Ток электродинамической стойкости, кА....
Номинальное напряжение вспомогатель-
ных цепей, В:
постоянного тока....................

переменного тока..................

Климатическое исполнение............

К-204 ЭП	К-205 ЭП

6; 10
7,2; 12
400-1600	2000-3150

4; 20; 31,5; 40; 50	31,5; 40;	50

4; 20; 31,5; 40;	31,5; 40;	50

10; 51; 81; 128	81; 128

220

220

У, Т категории 3
2.3.	КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
НА НАПРЯЖЕНИЕ ДО 1000 В

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА “PRISMA

Распределительные устройства низкого напряжения (до
1000 В) типа Prisma разработаны компанией «Шнейдер Элек-
трик» для использования в системах электроснабжения про-
мышленных комплексов, административных зданий и объек-
тов строительства. Указанные устройства выпускает в России
ООО «Завод «Калининградгазавтоматика». Оборудование се-
рий Prisma Р, Prisma G может использоваться для построения
всех типов главных, вторичных и конечных низковольтных
распределительных щитов, рассчитанных на токи до 3200 А и
630 А и предназначенных для промышленных или админист-
ративных зданий. В любые из шкафов данной серии устанав-
ливаются стандартные аппараты, устройства, комплектующие
для монтажа и подсоединения. Выбор зависит от поставлен-
ных задач, размеров распределительного щита и объекта. На-
дежность установки обеспечивается полной совместимостью
щитов Prisma и коммутационных аппаратов производства
компании «Шнейдер Электрик». Шкафы серии Prisma имеют
модульную структуру, что позволяет расширять электриче-
скую установку в соответствии с потребностями и, при необ-
ходимости, добавлять новые функции. Доступность всех ком-
мутационных аппаратов и использование стандартных ком-
плектующих обеспечивают быстрое выполнение операций.
Коммутационные устройства устанавливаются за передней
панелью. Щиты и шкафы поставляются по конкретному про-
екту, разрабатываемому проектными организациями. Далее
представлены основные технические характеристики шкафов
серий Prisma Р и Prisma G. Выбор серии щита осуществляется
в зависимости от места его установки и назначения в соот-
ветствии с данными табл. 2.10.

Основные технические характеристики оборудования Prisma

Серия........................................... Prisma Р Prisma G

Номинальное напряжение изоляции,	В............. 660	660

Номинальный ток, А.............................. 3200	630

Ток термической стойкости в течение 1 с (действую-
щий), кА........................................ 85	25

Ток динамической стойкости	(мгновенный), кА..... 187	53

Частота, Гц..................................... 50,60	50,60

Например, оборудование серии Prisma типа G может ис-
пользоваться для главных, вторичных и конечных распреде-
Назначение и место установки распределительных устройств Prisma

Функциональное	Место установки	
назначение	Административные здания	Промышленные здания
Главные РУ, РП на токи до 3200 А	Prisma G  Prisma Р	Prisma G  Prisma GX  Prisma GE  Prisma GR  Prisma P  Prisma PH
Вторичные РП	Prisma G  Prisma GX  Prisma P	Prisma GE  Prisma GX  Prisma GR  Prisma P  Prisma PH
Конечные РП	Prisma G  Prisma GX	Prisma GE
РП для объектов строительства	Prisma G Prisma GE Prisma GX  Prisma GR	Prisma PH

лительных устройств (пунктов), рассчитанных на токи до
630 А и предназначенных для промышленных и администра-
тивных зданий. Ток термической стойкости 25 кА (в течение
времени до 1 с). Степень защиты от попадания влаги и пыли
(IP) соответствует международному стандарту МЭК 439-1,
степень защиты от механических ударов (IK) международно-
му стандарту EN 50102.

Оборудование серии Prisma Р может использоваться для
построения модульных расширяемых главных и вторичных
распределительных устройств (пунктов), рассчитанных на
токи до 3200 А и предназначенных для установки в промыш-
ленных и административных зданиях. Ток термической
стойкости 85 кА (до 1 с). Степени защиты от попадания
влаги, пыли и от механических ударов соответствуют
вышеуказанным стандартам.

Щиты оборудованы металлическими корпусами с анти-
коррозийным покрытием, прошедшими термическую обра-
ботку полимеризованным полиэфирным эпоксидным порош-
ком. В качестве вводных и секционных, а в главных распре-
делительных устройствах — и фидерных выключателей, ис-
пользуются автоматические выключатели серии Masterpact.
Серия автоматических выключателей Masterpact представляет
широкий выбор в большом диапазоне номинальных токов: от
800 до 6300 А переменного тока. Типы и токи отключения
выключателей приведены в табл. 2.11.

Все аппараты Masterpact являются «выключателями-
отделителями» по международному стандарту CEI947-2. Ос-
новным в этой характеристике является повышенная безо-
пасность в эксплуатации, при этом обеспечивается: одно-
значная индикация состояния «отключено»; выдерживаемый
стандартный импульс напряжения на 8 кВ; малые токи утеч-
ки, не увеличивающиеся со сроком эксплуатации и числом
испытаний. Кроме того, аппараты имеют двойную изоляцию
лицевой панели, что обеспечивает повышенную безопасность
местного управления аппаратом. Все аппараты Masterpact
оборудованы индикатором отключенного состояния. Инфор-
мация о положении главных контактов однозначно выдается
индикатором на лицевой панели. Состояние «отключено» вы-
водится при гарантированном расхождении главных контак-
тов. Аппараты Masterpact монтируются на горизонтальной
металической раме и фиксируются в четырех точках со сто-
роны шасси (выкатной аппарат) или со стороны аппарата
(стационарный аппарат).

Автоматические выключатели серии Masterpact оснащены
широким набором дополнительных устройств для управления
и измерения. Аппараты Masterpact от М08 до М63 оборуду-
ются электронными микропроцессорными блоками управле-
ния. Каждый блок управления соответствует одной из сле-
дующих защит: токовая отсечка (ТО); максимальная токовая
защита с независимой или зависимой характеристикой
(МТЗ); универсальная защита (ТО и МТЗ). Все защиты пря-
мого действия и не требуют оперативного тока. Все блоки
измеряют действующие значения электрических величин и
не чувствительны к высшим гармоникам сети. Характеристи-
ки защит блока управления STR 58U показаны на рис. 2.9.

Таблица 2.11

Параметры автоматических выключателей Masterpact

Показатель	Серия											
	М08, М10, М12, М16				М20, М25				М32, М40		М50, М63	
Тип	N1	Н1	Н2	L1	N1	Н1	Н2	L1	Н1	Н2	Н1	Н2
Ток отключе- ния, кА	40	65	100	130	55	75	100	130	75	100	100	150
Примечание. Номинальные токи номеру серии, умноженному на 100.						выключателей			(в А)	соответствуют		
Рис. 2.9. Характеристики защит автоматического выключателя Masterpact с
блоком управления STR 58U:

/ - токовая защита; 2 — защита от замыкания на землю; а — участок защи-
|ы от длительной перегрузки; б — участок защиты от кратковременной пе-
регрузки; в — токовая отсечка

Для коммутации отходящих от РУ (РП) фидеров на токи от
15 до 1250 А в щитах Prisma используются автоматические
выключатели и выключатели нагрузки низкого напряжения
Compact (серии NS - на токи 15 — 630 А, серии С на токи
800-1250 А).

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА МАСТЕРБЛОК

Устройства мастерблок серий МВ 100, МВ 200 и МВ 300
выпускаются ООО «Завод «Калининградгазавтоматика». Мас-
терблок — это силовой щит, состоящий из комплекта отдель-
ных модулей, применяемый в случае необходимости обеспе-
чения высокого уровня безопасности. Элементы мастерблока
позволяют составить распределительные щиты низкого на-
пряжения до 1000 В для всех сфер промышленного примене-
ния. В мастерблоке реализуются любые конфигурации схем,
он легко приспосабливаем к месту установки. Мастерблок —
система оборудования низкого напряжения, имеющая самый
высокий уровень надежности. Мастерблок позволяет произ-
водить все виды контроля и переключений под напряжением
с соблюдением высокого уровня безопасности. Основные тех-
нические характеристики устройства приведены в табл. 2.12.
Основные технические характеристики распределительного устройства
Мастерблок

Параметр	Серия			
	МВ 100		МВ 200	МВ 300
	Compact	Masterpact		
Номинальный ток JdB, ос- новной, А	3200	3200	6300	6300
Номинальный ток JdB, вто- ричный, А	2400		3200	3200
Номинальный уровень изо- ляции — переменное или постоянное напряжение, В	1000	1000	1000	1000
Номинальное рабочее на- пряжение (переменный или постоянный ток), В	<660	<660	<660	<660
Сборные шины, в парал- лель (максимально)	1	1	2	4
Термическая устойчивость, кА/I с	80	80	100	100
Электродинамическая ус- тойчивость, кА	176	176	220	220
Число направляющих (мо- дулей) с шагом 40 мм по	48	48	48	48
высоте секции				
Полумодуль		Имеете	Я	
Модификация	отсеков  МЭК 439-1 1985	2, 3, 4	2, 3, 4	2, 3, 4	2, 3, 4
Размеры, мм:  1. Соединение спереди:				
ширина				
3 полюса	1400	900/1400		
4 полюса	1400	900/1600		
глубина  2. Соединение сзади:	560	560		
ширина				
3 полюса			800	600
4 полюса			1400	1400
глубина				
стандартная			1035	1385
расширение			1405/1510	1860
Высота рамы	2275	2275	2275	2275
Высота щита  Вход и выход кабеля:	2366	2366	2366	2366
сверху	Имеется	Отсутствует	Имеется	Имеется
снизу	Имеется	Имеется	Имеется	Имеется
МОДУЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
SIVACON 8РТ ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ»
«ЗАВОД «ЭЛЕКТРОПУЛЬТ» (г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

Шкафы SIVACON 8РТ предназначены для приема и рас-
пределения электрической энергии переменного тока элек-
трических станций, подстанций, электрических систем и
энергоснабжения предприятий всех отраслей промышленно-
сти, транспорта и сельского хозяйства. Используются на всех
уровнях распределения энергии от вводных силовых шкафов
на 6300 А, главных и вспомогательных распределительных
щитов до силовых шкафов управления двигателями в стацио-
нарном, втычном и выкатном исполнении. Преимущества
шкафов SIVACON 8РТ: стандартные модули, соответствую-
щие спецификации фирмы Siemens, прошедшие типовые ис-
пытания; использование типовых, стандартных комбинаций
коммутационных аппаратов; компактность; высокая плот-
ность монтажа — до 40 фидеров нагрузки на 1 шкаф; тесто-
вое и отключенное положения при закрытых дверях; унифи-
цированное управление выкатными блоками; стандартная па-
нель управления для разных размеров; разные варианты раз-
мещения сборных шин; одно- и двухстороннее обслуживание;
ввод кабеля или шин сверху или снизу.

Особенности SIVACON 8РТ:

типовые стандартные комбинации аппаратов (ТТА);

стандартизированное положение сборных шин в верхней
части шкафа;

3 —4-х полюсная система сборных шин на номинальный
ток до 7400 А;

высокое значение выдерживаемого импульсного тока
(номинальное значение до 375 кА);

глубокий отсек аппаратуры для универсальной установки;
модульная структура отсека аппаратов;

односторонняя или двухсторонняя установка оборудова-
ния;

возможность установки кабельного ввода сверху или
снизу.

2.4.	ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И АВТОМАТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАЗРАБОТЧИКОВ

НТЦ «Механотроника» (г. Санкт-Петербург) — первое
российское предприятие по разработке и производству мик-
Номенклатура продукции НТЦ «Механотроника»

Тип изделия	Назначение, присоединение	Характеристики
Блоки РЗА для сетей 6(10) 35 кВ		
БМРЗ-ВЛ БМРЗ-КЛ 19 моди- фикаций	Воздушная линия 6(10) — 35 кВ  Кабельная линия 6 (10) кВ  Асинхронный двигатель (АД) мощностью до  4,5 МВТ	Трех ступенчатая направленная мак- симальная токовая защита (МТЗ) с пуском по напряжению Направленная защита от однофаз- ных замыканий на землю (033) Защита от несимметрии и обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ) Определение места повреждения (ОМП)  Логическая защита шин (ЛЗШ) Резервирование отказов выключа- теля (УРО В)  Двукратное автоматическое по- вторное включение (АПВ) Выполнение команд от внешних защит и автоматики  Число дискретных входов/выходов до 16/16
БМРЗ-ВВ 26 моди- фикаций	Ввод секции 6(10) — 35 кВ	Трехступенчатая МТЗ с комбини- рованным пуском по напряжению Сигнализация однофазных замыка- ний на землю  ЗОФ  ЛЗШ  УРОВ  АПВ  АВР  Выполнение команд от внешних защит и автоматики  Число дискретных входов/выходов до 23/23
БМРЗ-СВ  12 моди- фикаий	Секционный выключатель 6(10) - 35 кВ	Трехступенчатая МТЗ  АВР  ЗОФ  ЛЗШ  УРОВ  АПВ  Выполнение команд от внешних защит и автоматики  Число дискретных входов/выходов до 16/16
БМРЗ-ДА  6 моди- фикаций	Защита синхронных и асинхронных двигателей (СД и АД) мощностью до 4,5 МВт	Трехступенчатая МТЗ  Направленная защита 033 Защита от потери питания Дифференциальная токовая отсеч- ка (ТО) ЗОФ  Защита минимального напряжения (ЗМН)
Тип изделия	Назначение, присоединение	Характеристики
		АВР  УРОВ  Выполнение команд от внешних защит и автоматики  Число дискретных входов/выходов до 23/23
БМРЗ-ДД 4 моди- фикации	Комплексная защита СД и АД большой мощности	Двухступенчатая дифференциаль- ная защита двигателя  Дифференциальная защита от за- мыканий на землю  Защита от несимметричного пита- ния и неправильного чередования фаз  Минимальная токовая защита от потери нагрузки  Защита от блокировки ротора и затянутого пуска  Тепловая модель двигателя  Защита пуска вычислением тепло- вого импульса, ограничение числа пусков  МТЗ  УРОВ лзш АПВ
БМРЗ-ДС	Специальная защита СД	Опережающее отключение СД при потере устойчивости  Защита от несимметричных режи- мов  Защита от повторного пуска пере- гретого двигателя  Защита от колебаний нагрузки  Учет числа пусков
БМРЗ-КН	Контроль напряжения на секции КРУ 6(10) кВ	Двухступенчатая защита минималь- ного напряжения  Сигнализация однофазных замыка- ний на землю  Регулирование напряжения транс- форматора  Сигнализация неисправности цепей напряжения  Контроль напряжения для АВР  Логическая защита шин от между- фазных коротких замыканий Логическая защита шин от одно- фазных замыканий на землю
Блохи устройств для КТП-СН электростанций		
БМРЗ- ВВ0.4 БМРЗ-  ЛВ0.4	Рабочий ввод КТП — 0,4 кВ  Аварийный ввод КТП - 0,4 кВ	Двухступенчатая МТЗ  Дальнее резервирование при отказе защит и выключателей
Тип изделия	Назначение, присоединение	Характеристики
БМПА-0,4	Противоаварийная авто- матика КТП — 0,4 кВ	Управление секционным выключа- телем при выполнении АВР по ко- мандам от БМРЗ на вводах Аварийная сигнализация Регистрация аварийных событий Местное и дистанционное управле- ние выключателем Связь с ПЭВМ - RS/232  Связь с АСУ — RS/485 или ВОЛС, протокол обмена RP-BUS или MOD-BUS
Блоки частотной автоматики		
БМАЧР	Блок автоматической час- тотной разгрузки	АЧР-1; ЧАПВ-1; АЧР-2; ЧАПВ-2;  АЧРС (3 ступени); ЧАПВ-С
БММРЧ	Многофункциональное реле частоты	8 свободнопрограммируемых кана- лов из ряда БМАЧР Комбинированные алгоритмы Предотвращение аварийного сни- жения частоты с контролем напря- жения сети (АЧР-Н)  Предотвращение аварийного по- вышения частоты с контролем ско- рости (АОПЧ)  Автоматическое осциллографирова- ние частотных аварий  Связь с ПЭВМ - RS/232  Связь с АСУ — RS/485 или ВОЛС, протокол обмена RP-BUS или MOD-BUS
Блоки сигнализации		
БМЦС	Блок центральной сигна- лизации	Прием и отображение аварийной и предупредительной сигнализации 32 дискретных входа со световой индикацией от отдельных датчиков Регистрация информации об изме- нении состояния сигнальных кон- тактов (аналог РИС), 4 канала по 32 датчика  Сигналы обобщенной сигнализа- ции: Авария, Предупредительный, Звонок, Сирена, Отказ  Журнал событий  Связь с ПЭВМ - RS/232  Связь с АСУ — RS/485 или ВОЛС, протокол обмена RP-BUS или MOD-BUS
Блоки питания комбинированные		
БПК-1	Блок питания комбиниро- ванный	Бесперебойное питание РЗА (220 В) на подстанциях без постоянного оперативного тока, нагрузка — 50 Вт
Тип изделия	Назначение, присоединение	Характеристики
БПК-2	Блок питания комбиниро- ванный	Бесперебойное питание РЗА (220 В) на подстанциях без постоянного оперативного тока, нагрузка — 50 Вт  Постоянное напряжение 400 В для батареи конденсаторов
Информационно-управляющий комплекс РЗиА		
КИУ-РЗА (1)	Комплект цифровых РЗА Средства связи Системный блок пром. ЭВМ АРМ  Программное обеспече- ние	Дистанционное управление защи- щаемым объектом  Дистанционное измерение элек- трических параметров  Передача информации от БМРЗ: параметры сети, состояние дис- кретных входов/выходов, аварий- ные события, накопительная ин- формация  Сигнализация о работе функций защит и автоматики  Вывод результатов осциллографи- рования сигналов КИУ-РЗА(2)  Связь по последовательному каналу RS/485 или по волоконно-опти- ческой линии связи (ВОЛС) Скорость обмена информацией от 300 до 19200 бит/с  Возможность подключить в виде подсистемы нижнего уровня к АСУ
КИУ-РЗА (2)	Комплект цифровых РЗА Средства связи Функциональный	кон-  троллер со встроенным осциллографом Программное обеспече- ние	
КИУ-РЗА (3)	Комплект цифровых РЗА Средства связи Функциональные	кон-  троллеры  Компьютерный комплекс: АРМ релейщика, АРМ диспетчера	

ропроцессорных устройств релейной защиты, управления и
противоаварийной автоматики для электрических сетей от 0,4
до 110 кВ. Номенклатура продукции НТЦ «Механотроника»
на 2002 г. приведена в табл. 2.13. Далее дано описание мно-
гофункционального микропроцессорного блока релейной
защиты БМРЗ.

Многофункциональный микропроцессорный блок релей-
ной защиты БМРЗ предназначен для выполнения функций
релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации
присоединений 6 — 35 кВ: воздушных и кабельных линий
электропередачи; секционных и вводных выключателей рас-
пределительных подстанций; шкафов секционирования,
трансформаторов мощностью до 6,3 MB-А; асинхронных дви-
гателей мощностью до 4 МВт. БМРЗ устанавливаются в ре-
лейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и в шкафах в ре-
лейных залах и пультах управления электростанций, в том
числе атомных, и подстанций 6—10 кВ. Областью примене-
ния являются также подстанции электроприводных и газо-
турбинных компрессорных станций, подземных хранилищ
газа, дожимных компрессорных станций, промыслов, нефте-
перекачивающих станций и других объектов газовой и неф-
тяной промышленности.

ФУНКЦИИ ЗАЩИТ БМРЗ

Максимальная токовая защита (МТЗ). Трехступенчатая с
ускорением, с комбинированным пуском по напряжению
прямой и обратной последовательностей, направленная (кон-
фигурация выбирается при заказе и реализуется программ-
но). Первая и вторая ступени имеют независимые времято-
ковые характеристики. Для третьей ступени имеется воз-
можность выбора типа характеристики: независимой или за-
висимой.

Диапазон уставок по току, А:
для 1 и 2 ступеней........................... 2,50 — 99,99

для 3 ступени.............................. 1,50—25,00

Диапазон установок по времени, с............. 0,00 — 99,99

Дискретность уставок по току и времени.......	0,01

Диапазон уставок по напряжению, В:
прямой последовательности.................... 20 — 80

обратной последовательности................ 5-20

Дискретность уставок по напряжению........... 1

Защита от однофазных замыканий на землю (033). Одно-
ступенчатая, с независимой характеристикой, с одной или
двумя выдержками времени. Может выполнятся с контролем
тока и (или) напряжения нулевой последовательности, быть
направленной или ненаправленной.

Смена программ МТЗ и 033. БМРЗ обеспечивает хранение
двух наборов уставок и программных ключей функций 033 и
МТЗ, включая параметры пуска МТЗ по напряжению. Смена
программ производится подачей на вход БМРЗ дискретного
сигнала, командой по последовательному каналу или автома-
тически при изменении направления мощности.

Защита от несимметрии и от обрыва фазы питающего
фидера (ЗОФ). Реализуется методом расчета тока обратной
86
последовательности I2 . Фиксацией 12 в момент аварии обес-
печивается функция определения места повреждения.

Защита минимального напряжения (ЗМН). Выполняется
с контролем двух линейных напряжений и напряжения об-
ратной последовательности. Предусмотрена возможность
блокировки ЗМН при пуске МТЗ и внешним дискретным
сигналом. ЗМН может действовать как с контролем, так и
без контроля положения выключателя. При введенном кон-
троле ЗМН срабатывает только при включенном выключате-
ле. Контроль положения выключателя может быть выведен,
например, при использовании ЗМН в качестве «делительной
автоматики».

Дальнее резервирование при отказе защит или выключа-
телей, отходящих от шин линий. Функция дальнего резерви-
рования (ДР) является ненаправленной максимальной защи-
той по реактивной составляющей тока с независимой вы-
держкой времени, с блокировкой по минимальному напря-
жению и с пуском по току обратной последовательности.

ФУНКЦИИ АВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ

Автоматическое повторное включение (АПВ). Двукратное
с возможностью блокировки одного или обоих циклов. Оба
цикла АПВ могут блокироваться входными дискретными сиг-
налами, при неисправности БМРЗ или выключателя, при сра-
батывании логической защиты шин и при срабатывании пер-
вой ступени МТЗ. Программно может быть задана блокиров-
ка второго цикла АПВ при появлении напряжения нулевой
последовательности.

Резервирование отказов выключателя (УРОВ). БМРЗ от-
ходящих линий комплектуются УРОВ-датчиками, БМРЗ вво-
дов — УРОВ-приемниками, Сигнал УРОВ-датчик выдается
при невыполнении команды на отключение выключателя и
снимается по факту возврата защит.

Логическая защита шин (ЛЗШ). БМРЗ отходящих линий
комплектуются датчиками ЛЗШ, а БМРЗ вводов — приемни-
ками ЛЗШ. Возможна реализация одного из двух вариантов
логической защиты шин — с последовательным или парал-
лельным соединением датчиков.

Автоматическое включение резерва (АВР). Выполняется
совместными действиями БМРЗ секционного выключателя и
двух БМРЗ-вводов, или двух БМРЗ-вводов с контролем на-
пряжения прямой и обратной последовательностей и частоты
на рабочей секции, напряжения на резервной секции и на-
пряжения до выключателя. Предусмотрена блокировка АВР
при наличии напряжения обратной последовательности и по
дискретным сигналам. Предусмотрена возможность выполне-
ния АВР без выдержки времени по команде на дискретный
вход (при срабатывании защит трансформатора, при работе
технологической автоматики и т.д.). Предусмотрена возмож-
ность автоматического восстановления схемы нормального
режима после АВР.

Управление выключателем. БМРЗ может управлять лю-
бым типом выключателя: масляным выключателем, вакуум-
ным выключателем типа ВВ/ТЭЛ, производства предприятия
«Таврида Электрик», и другими. Обеспечивается местный и
дистанционный режимы управления выключателем, защита
от многократного включения, а также диагностика исправ-
ности.

Определение направления мощности и диагностика фа-
зировки (ОНМ). Определение направления мощности осуще-
ствляется по величине фазового угла между током /А (7С) и
напряжением UBC (17АВ) отдельно для каждой пары сигналов.
Направление мощности определяется по первой гармониче-
ской составляющей сигналов тока и напряжения. Противопо-
ложная фазировка пар входных сигналов /А, L7Bc и Ic , об-
наруживается системой самодиагностики БМРЗ.

ФУНКЦИИ СИГНАЛИЗАЦИИ

БМРЗ обеспечивает следующие виды сигнализации:
светодиодную на лицевой панели: состояние защит, авто-
матики, положение выключателя, исправности блока и вы-
ключателя;

дискретную (выходными реле) аварийную и предупреди-
тельную сигнализацию неисправности блока и выключателя;

сигнализацию по последовательным каналам.

ФУНКЦИИ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

БМРЗ измеряет и контролирует:

фазные токи;

максиметр фазного тока;

активную и реактивную составляющие тока прямой по-
следовательности;

линейные или фазные напряжения;

активную и реактивную мощность;

частоту;
ток и напряжение нулевой последовательности;

ток и напряжение обратной последовательности;

счетчик аварийных отключений;

суммарный ток отключений по фазам;

счетчик пусков и срабатываний каждой защиты;

счетчик успешных и неуспешных циклов АПВ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Гибкая аппаратно-программная архитектура БМРЗ позво-
ляет адаптировать устройство к индивидуальным требовани-
ям каждого заказчика.

На базе БМРЗ легко создаются любые сетки вторичных
схем. БМРЗ может управлять одним или несколькими аппа-
ратами (выключателями) со стандартными схемами управле-
ния. Обеспечивается контроль положения, исправности и ре-
сурса выключателя.

Связь БМРЗ по стандартным последовательным каналам
RS232 с ПЭВМ и (или) RS485 с АСУ позволяет дистанционно
вести настройку БМРЗ, измерения, управление и контроль
присоединения. Скорость обмена от 300 до 19200 бит/с.

С помощью протоколов обмена БМРЗ объединяются в
информационно-управляющий комплекс КИУ-РЗА, который
может выступать в виде самостоятельной SCADA системы
или подключаться в виде подсистемы нижнего уровня к раз-
личным АСУ.

Во время работы блок осуществляет автоматическую са-
модиагностику и выдает сигнал при обнаружении неисправ-
ности. Расширенная проверка работоспособности блока мо-
жет быть произведена оператором в режиме «Тест».

Память блока, после снятия питающего напряжения, обес-
печивает хранение уставок и конфигурации защит в течение
всего срока службы. Хранение параметров девяти последних
аварийных событий, информация об общем числе, а также о
времени пусков и срабатываний защит, числе отключений
выключателя и циклов АПВ обеспечивается в течение
200 часов после снятия питания.

Смена конфигурации защит, блокировок и уставок осуще-
ствляется с санкционированным доступом с пульта блока или
дистанционно.

Текущие параметры сети и параметры аварийных событий
могут быть представлены в первичных или вторичных вели-
чинах.
При срабатывании защиты автоматически фиксируется
осциллограмма действующих значений 5 аналоговых сигналов
(сигналы определяются при заказе) и временная диаграмма
8 дискретных сигналов. Длина осциллограммы 9 с, предысто-
рия — 1 с, дискретность — 10 мс.

Имеется возможность организации технического учета
электроэнергии в комплекте со счетчиком с телеметрическим
выходом.

Устройство БМРЗ рассчитано на эксплуатацию в следую-
щих климатических условиях:

Температура воздуха, °C........................... —40—1-55

Относительная влажность воздуха при 25 °C , %........ До	98

Для питания БМРЗ может использоваться источник со
следующими характеристиками:

Напряжение, В................ Постоянное или переменное 88 — 264 В

Потребляемая мощность, Вт.... 15/25

2.5.	ВАКУУМНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ ТЕХНИКА

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВАКУУМНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ BB/TEL
РК «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» (г. МОСКВА)

Назначение и область применения

Продукция РК «Таврида Электрик» выпускается под об-
щей маркой TEL. Выключатели вакуумные серии BB/TEL
предназначены для коммутации электрических цепей при
нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного пе-
ременного тока с изолированной, компенсированной или за-
земленной нейтралью частоты 50 Гц с номинальным напря-
жением до 10 кВ.

Вакуумные выключатели серии BB/TEL — это коммутаци-
онные аппараты нового поколения, в основе принципа дейст-
вия которых лежит гашение возникающей при размыкании
контактов электрической дуги в глубоком вакууме, а фикса-
ция контактов вакуумных дугогасительных камер (ВДК) в
замкнутом положении осуществляется за счет остаточной
индукции приводных электромагнитов («магнитная защел-
ка»), Принцип фиксации контактов ВДК в замкнутом поло-
жении с применением магнитной защелки защищен патен-
том Российской Федерации № 2020631.
Отличительная особенность конструкции вакуумных вы-
ключателей серии BB/TEL по сравнению с традиционными
коммутационными аппаратами заключается в использовании
принципа соосности электромагнита камеры в каждом полю-
се выключателя, которые механически соединены между со-
бой общим валом.

Оригинальность конструкции выключателей BB/TEL по-
зволила достичь следующих преимуществ по сравнению с
другими коммутационными аппаратами:

высокий механический и коммутационный ресурс;

малые габариты и вес;

небольшое потребление энергии по цепям управления;

возможность управления по цепям постоянного, выпрям-
ленного и переменного оперативного тока;

простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и
удобство организации необходимых блокировок;

отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока
службы;

доступная цена.

Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели
BB/TEL широко применяются во вновь разрабатываемых
комплектных распределительных устройствах (КРУ, КСО,
КРН), а также для реконструкции ячеек КРУ, находящихся в
эксплуатации и имеющих в своем составе на момент рекон-
струкции выключатели других конструкций, которые устаре-
ли морально и физически. Выключатели соответствуют тре-
бованиям МЭК-56, ГОСТ 687, техническим условиям ТШАГ
674152.004 ТУ. Технические характеристики выключателей
серии BB/TEL приведены в табл. 2.14.

Таблица 2.14

Технические характеристики выключателей серии BB/TEL

Параметр	Тип выключателя			
	BB/TEL-10-  12,5/1000 У2	BB/TEL-10- 20/1000 У2	BB/TEL- 10- го/1600 У2	BB/TEL-10- 25/1600 У2
Номинальное напря- жение, кВ		10		
Наибольшее рабочее напряжение, кВ		12		
Номинальный ток, А	1000	1000	1600	1600
Номинальный ток от- ключения, кА	12,5	20	20	25
Ток термической стой- кости (3 с), кА	12,5	20	20	25
Продолжение табл. 2.14

Параметр	Тип выключателя			
	BB/TEL-10- 12,5/1000 У2	BB/TEL-10- 20/1000 У2	BB/TEL-10- 20/1600 У2	BB/TEL-10- 25/1600 У2
Сквозной ток КЗ, кА: пиковый периодическая	со-  ставляющая	32  12,5	51  20	51  20	64  25
Ресурс коммутацион- ной стойкости при но- минальном токе отключения	100	100	150	50
Механический ресурс циклов «включения — отключения»	50000	50000	30000	30000
Полное время отклю- чения, мс		55-	95	
Собственное	время  включения, мс		90-100		
Разновременность за- мыкания и размыкания контактов, мс, не более		4		
Номинальное напря- жение электромагнитов привода (постоянный ток), В		220		
Масса коммутационно- го модуля, кг	35-37	35-37	65-70	65-70
Срок службы, лет		25		

Устройство и работа выключателя

Выключатель вакуумный серии BB/TEL состоит из трех
полюсов, установленных на общем основании. Все три
полюса имеют одинаковую конструкцию, представленную на
рис. 2.10.

Привод вакуумного выключателя серии BB/TEL состоит из
электромагнитов (по одному на каждую фазу) электрически
соединенных между собой параллельно, и блока управле-
ния БУ.

Механически якори И приводных выключателя соедине-
ны между собой общим валом 14, который в процессе вклю-
чения и отключения поворачивается вокруг своей продоль-
ной оси, и обеспечивает выполнение следующих функций:

управление указателем положения выключателя «ВКЛ —
ОТКА»;
Рис. 2.10. Устройство выключа-
теля BB/TEL

ручное отключение
выключателя при аварий-
ных ситуациях;

управление контактами
для внешних вспомога-
тельных цепей с помощью
постоянного магнита;

предотвращение сраба-
тывания выключателя в
неполнофазном режиме.

В настоящее время вы-
пускаются выключатели
двух основных конструк-
тивных исполнений:

конструктивное испол-
нение с межполюсным
расстоянием 200 мм;

конструктивное испол-
нение с межполюсным
расстоянием 250 мм.

Выключатели с межпо-
люсным расстоянием 200
мм преимущественно ис-
пользуются при модерни-
зации для замены в ячей-
ках КРУ выключателей
типа ВМП-10, ВМПЭ-10,
ВМПП-10, ВК-10, ВКЭ-10,
а также для применения в
новых ячейках КРУ серий
К-104, К-104м, К-204ЭП,
К-47, К-49, К-59, КРУН-
6(10)ЛМ, КМ-1Ф, КМ-1М,
КМ-1, КМВ. Для исполь-
зования в новых и модер-
низируемых ячейках ва-
куумных выключателей
создан выкатной элемент

ВЭ/TEL поставляются потребителю в полностью собранном
и отрегулированном виде, поэтому службам потребителя ос-
тается лишь вкатить этот выкатной элемент в ячейку КРУ и
состыковать разъемы жгутов вторичных цепей выключа-
теля с ответными частями разъемов релейного отсека шкафа
КРУ.

Схемы соединения вторичных цепей выкатного элемента
ВЭ/TEL согласована с ведущими отечественными изготовите-
лями КРУ (МЭЩ, СЭЩ, ЗЗВА).

Выключатели с межполюсным расстоянием 250 мм
предназначены преимущественно для замены в камерах
КСО и КРН выключателей типа ВМГ-133 и других, а также
для применения во вновь разрабатываемых камерах КСО и
КРН.

Выключатели имеют по 12 блок-контактов (6 нормально
замкнутых и б нормально разомкнутых) для использования во
внешних цепях управления и сигнализации, а также 1 слу-
жебный нормально замкнутый блок-контакт, обеспечиваю-
щий нормальную и согласованную работу устройства управ-
ления и выключателя.

Включение выключателя

Исходное разомкнутое состояние контактов 1, 3 ва-
куумной дугогасительной камеры выключателя обеспечивает-
ся за счет воздействия на подвижный контакт 3 отключаю-
щей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При подаче
сигнала «ВКЛ» блок управления выключателя формирует
импульс напряжения положительной полярности, который
прикладывается к катушкам 9 электромагнитов (см. осцилло-
граммы процессов в приводе BB/TEL). При этом в зазоре
магнитной системы появляется электромагнитная сила
притяжения, по мере своего возрастания преодолевающая
усилие пружин отключения 7 и поджатия 6, в результате
чего под действием разницы указанных сил якорь электро-
магнита 11 вместе с тяговыми изоляторами 5 и 2 в мо-
мент времени 1 начинает движение в направлении непод-
вижного контакта 1, сжимая при этом пружину отключе-
ния 7.

После замыкания основных контактов (момент времени 2
на осциллограммах) якорь электромагнита продолжает дви-
гаться вверх, дополнительно сжимая пружину поджатия 6.
Движение якоря продолжается до тех пор, пока рабочий за-
зор в магнитной системе элетктромагнита не станет равным
нулю (момент времени 2а на осциллограммах). Далее кольце-
вой магнит 10 продолжает запасать магнитную энергию, не-
обходимую для удержания выключателя во включенном по-
ложении, а катушка 9 по достижении момента времени 3 на-
чинает обесточиваться, после чего привод оказывается подго-
товленным к операции отключения. Таким образом, выклю-
чатель становится на магнитную защелку, т.е. энергия управ-
ления для удержания контактов 1 и 3 в замкнутом положении
не потребляется.

В процессе включения выключателя пластина 13, входящая
в прорезь вала 14, поворачивает этот вал, перемещая уста-
новленный на нем постоянный магнит 15 и обеспечивая сра-
батывание герконов 16, коммутирующих внешние вспомога-
тельные цепи.

Отключение выключателя

При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует
импульс тока, который имеет противоположное направление
по отношению к току включения и меньшее амплитудное
значение (интервал времени 4 —5 на осциллограммах). Маг-
нит 10 при этом размагничивается, привод снимается с маг-
нитной защелки, и под действием энергии, накопленной в
пружинах отключения 7 и поджатия 6, якорь И перемещает-
ся вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору
5, связанному с подвижным контактом 3. Контакты 1 и 3
размыкаются (момент времени 5 на осциллограммах), и вы-
ключатель отключает нагрузку.

Ручное отключение выключателя

Ручное оперативное отключение выключателя осуществля-
ется путем механического воздействия на кнопку ручного
отключения, которая в свою очередь через толкатель, шар-
нирно связанный с валом 14 выключателя, воздействует че-
рез этот вал на якоря И электромагнитов привода. При этом
разрывается магнитная система привода, ее магнитная энер-
гия уменьшается, после чего механической энергии пружины
отключения 7 оказывается достаточно для размыкания кон-
тактов 1 и 3 выключателя.

Кнопка ручного отключения одновременно выполняет
функцию указателя положения выключателя «ВКЛ —
ОТКЛ».
Ручное механическое включение выключателя не преду-
смотрено. Для первого включения выключателя, когда на
подстанции отсутствует питание цепей оперативного тока,
разработан способ включения выключателя электрическим
путем от автономного источника питания (см. следующий раз-
дел «Устройства управления вакуумными выключателями»).

Условия эксплуатации выключателей

Вакуумные выключатели серии BB/TEL предназначены для
эксплуатации в следующих условиях:

Климатическое исполнение и кате-
гория размещения...............

Наибольшая высота над уровнем
моря, м, до....................

Верхнее рабочее значение темпе-
ратуры окружающего воздуха, °C,
не более.......................

Нижнее рабочее значение темпе-
ратуры окружающего воздуха, °C....
Верхнее значение относительной
влажности воздуха (с возможно-
стью выпадения росы) при темпера-
туре плюс 25 °C, %.............

Содержание коррозионно-активных
агентов в окружающем воздухе...

У2 по ГОСТ 15150-69

1000

55

-40

100

Для атмосферы типа II (промышлен-
ная) по ГОСТ 15150

По стойкости к механическим внешним воздействующим
факторам выключатель соответствует группе механического
исполнения М7 по ГОСТ 17516.1 — 90.

Рабочее положение выключателей в пространстве:

Для выключателей на поминальный ток 1000 А

Для выключателей на номинальный ток 1600 А.

Любое

Вертикальное, основа-
нием привода вниз или
вверх

Устройство управления вакуумным выключателем

Устройства управления вакуумными выключателями се-
рии TEL являются частью привода этих выключателей, хотя
конструктивно они выполняются в виде отдельных модулей и
могут быть установлены как в релейном отсеке шкафов КРУ,
так и на выкатных элементах этих шкафов.

Устройства управления серии TEL обеспечивают функ-
ционирование вакуумных выключателей BB/TEL при управ-
лении ими от любого источника постоянного, выпрямленного
или переменного оперативного тока.

Существует несколько серий устройств управления, отли-
чающихся друг от друга функциональными возможностями и
техническими параметрами:

блок управления — BU/TEL-220-05A, применяемый совме-
стно с блоком питания BP/TEL-220-02A (или серия BU-05A +
t- ВР-02А);

блок управления БУ/ТЕЬ-22-10;

блок управления БУ/ТЕЬ-Х/Х-12-ХХА ( или БУ/TEL-12).

Серия BU-05A+BP-02A обеспечивает управление выклю-
чателем, выполнение стандартного цикла АПВ, блокировку от
повторных включений, возможность отключения выключате-
ля при отсутствии оперативного питания путем заряда от-
ключающего конденсатора.

Устройства управления серии БУ/ТЕЬ-22-10 имеют расши-
ренные по сравнению с серией BU-05A+BP-02A функцио-
нальные возможности, в том числе по сигнализации неис-
правности цепи электромагнита выключателя, сигнализации
аварийного отключения и др.

Блок управления БУ/ТЕЕ-12 является новой серией и
обеспечивает наиболее гибкое и удобное сопряжение с
вторичными цепями защиты и управления, выполненными
как с применением электромеханических реле, так и
современных микропроцессорных реле. Блоки БУ/ТЕЬ-12
позволяют обеспечить неизменность схемы управления и
защиты при реконструкции подстанций и замене
маломасленных выключателей с электромагнитными и
пружинными приводами на выключатели серии BB/TEL.

Для адаптации блоков управления к различным источ-
никам оперативного питания и различным схемам вторич-
ных соединений шкафов КРУ разработаны и выпуска-
ются следующие дополнительные виды устройств управле-
ния:

плата размножения сигналов PR/TEL-01;

плата размножения сигналов PR/TEL-03, PR/TEL-03A;

фильтр Ф/ТЕЕ-220-02;

блок автономного включения BAB/TEL-220-02;

разделительный трансформатор ОСМ-1-0,063.

Выбор необходимых устройств управления для организа-
ции вторичных цепей модернизируемых КРУ определяется
видом источника оперативного питания (аккумуляторная ба-
тарея, БПНС, БПТ, УПНС и др.), а также схемой цепей защит
и управления этих КРУ. Выбор устройств управления для
вновь разрабатываемых КРУ осуществляется на стадии их
проектирования.

Модернизация КРУ с использованием вакуумных
выключателей

Особенностью находящихся в эксплуатации ячеек КРУ,
КРУН и камер КСО, КРН с выключателями различных заво-
дов изготовителей прежних лет выпуска является то обстоя-
тельство, что на данный момент времени эти выключатели,
как правило, являются устаревшими физически и морально, в
то время как остальные элементы ячеек и камер еще вполне
пригодны к эксплуатации и смогут прослужить определенное
число лет.

Таким образом, при проведении реконструкции подстан-
ций перед потребителем встает вопрос: либо закупать взамен
устаревших ячеек КРУ или камер КСО новые ячейки и каме-
ры в полном комплекте, либо оставить в эксплуатации суще-
ствующие ячейки и камеры, заменив в них устаревшие вы-
ключатели на более современные.

Преимуществом второго пути решения проблемы являет-
ся его экономичность, поскольку при реализации этого
пути затраты осуществляются лишь на приобретение но-
вых выключателей и их адаптацию к существующим
ячейкам.

Затраты потребителя на реконструкцию могут быть сведе-
ны к минимуму, если приобретаемые выключатели будут об-
ладать приемлемой ценой и относительно просто встраивать-
ся в модернизируемые ячейки и камеры подстанций. Допол-
нительными факторами в пользу выбора того или иного вы-
ключателя могут быть простота их дальнейшего обслужива-
ния и отсутствие необходимости ремонта в течение всего
срока службы.

Вышеперечисленным требованиям отвечают вакуумные
выключатели серии BB/TEL, благодаря чему они успешно
приходят на замену другим выключателям в существующих
системах электроснабжения.

Для того, чтобы потребитель не испытывал затруднений в
адаптации выключателей серии BB/TEL к существующим
шкафам КРУ и камерам КСО, разработан и успешно внедрен
в эксплуатацию ряд проектов, которые условно разделены на
две основные группы:

реконструкция шкафов КРУ с выкатными элементами;
реконструкция шкафов КРУ и камер КСО стационарного
типа.

При необходимости при модернизации КРУ (КСО) мо-
жет быть предусмотрена установка ограничителей перена-
пряжений ОПН/TEL. Ограничители перенапряжений заказы-
ваются дополнительно. Установка ОПН/TEL по схеме фаза—
)емля на выкатном элементе не предусмотрена и не допуска-
ется.

Модернизация шкафов КРУ с выкатными элементами.
Выкатные элементы ВЭ/TEL могут быть изготовлены в раз-
личных вариантах:

выкатной элемент ВЭ/TEL без блока управления (блок
управления размещается в релейном шкафу КРУ);

выкатной элемент ВЭ/TEL с блоком управления БУ/TEL-
100/220-12-02А;

выкатной элемент ВЭ/TEL с блоком управления БУ/TEL-
100/220-12-ОЗА.

Модернизация шкафов КРУ с выкатными элементами се-
рий КРУ2-10, КР-10/500, К-ХП, К-ХШ, K-XXVI, К-37, КРУ2-
10Э/Э, КЗ-02, К2-03, КВС-09, К-Пу, К-Шу, K-IV, K-VIy, КРЮ-
УД, КЭ-10, КРУЭ-6(10)В, ST-7 включает: демонтаж маломасля-
пого выключателя, монтаж на существующем выкатном эле-
менте вакуумного выключателя и устройства управления при
помощи комплекта адаптации.

Модернизация шкафов КСО со стационарной установкой
выключателей. Модернизация шкафов КСО со стационарной
установкой выключателей серий КСО-266, КСО-272, КСО-
285, КСО-292, КСО-2, КСО-2у, КСО-2ум, КСО-2умз, ЛП-318,
КП-03-00, КСО-2200, МКФВ, Д-13Б, KPH-IV, КРН-Ш-10, КРН-
II-10, K-VI, Ш-164, КРН-10, МКФН включает: демонтаж
маломасляного выключателя и монтаж вакуумного выключа-
теля с устройством управления при помощи комплекта адап-
тации.

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ОПН/TEL

Для защиты от перенапряжений в комплекте с вакуумны-
ми выключателями рекомендуется применять ограничители
перенапряжений.

Ограничители перенапряжений серий TEL на оксидно-
цинковых нелинейных резисторах без искровых промежут-
ков предназначены для защиты электрооборудования станций
и сетей от коммутационных и атмосферных перенапряжений
и используются для внутренней и наружной установки в се-
тях низкого, среднего и высокого переменного напряжения
промышленной частоты 48 — 62 Гц.

По сравнению с вентильными разрядниками ограничите-
ли серий TEL имеют следующие преимущества:

глубокий уровень ограничения для всех видов волн пере-
напряжений;

отсутствие сопровождающего тока после затухания волны
перенапряжения;

простота конструкции и высокая надежность в эксплуа-
тации;

стабильность характеристик и устойчивость к старению;

способность к рассеиванию больших энергий;

непрерывное подключение к защищаемой сети;

стойкость к атмосферным загрязнениям;

малые габариты, вес и стоимость.

Высоконелинейная вольт-амперная характеристика рези-
сторов позволяет длительно находится под действием рабоче-
го напряжения, обеспечивая при этом глубокий уровень за-
щиты перенапряжений.

Резисторы опрессовываются в оболочку из полимерных
материалов, которая обеспечивает заданную механическую
прочность и изоляционные характеристики. Полимерный
корпус обеспечивает надежную защиту от всех внешних воз-
действий на протяжении всего срока службы.

Эта конструкция отлично зарекомендовала себя во всех
условиях эксплуатации, включая районы с высоким уровнем
атмосферных загрязнений.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель
носит емкостной характер и составляет десятые доли милли-
ампера. При возникновении волн перенапряжений резисторы
ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничи-
вают дальнейшее нарастание напряжения на выводах. Когда
перенапряжение снижается, ограничитель возвращается в
непроводящее состояние.

Ограничители серий TEL были испытаны в соответствии с
различными стандартами на взрывобезопасность. При воз-
никновении импульсов тока, значительно превышающих рас-
четный уровень, разрушение ограничителя происходит без
взрывного эффекта.

Все испытания показали отсутствие разрушительных эф-
фектов на окружающую среду, что является принципиальным
отличием от ограничителей в фарфоровом или другом проч-
ном корпусе.
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВАКУУМНЫЙ СЕРИИ ВР

ОАО «РОВЕНСКИЙ ЗАВОД ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ АППАРАТУРЫ» (г. РОВНО)

Вакуумные выключатели серии ВР предназначены для
коммутации электрических цепей при нормальных и аварий-
ных режимах в сетях трехфазного переменного тока частотой
50 (60) Гц с номинальным напряжением 10 кВ в системах с
изолированной нейтралью. Применяются для проведения ре-
конструкции КРУ-10 кВ с ячейками Ровенского завода («Рет-
рофит»), Основные технические характеристики выключате-
ля приведены в табл. 2.15,

На базе вакуумных выключателей ВР изготавливаются вы-
катные элементы серий ВРЗ, ВР6В, ВР6К. Выкатные элементы
предназначены для реконструкции действующих комплект-

таблица 2.15

Основные технические характеристики вакуумного выключателя ВР

Показатель	Тип выключателя				
	ВР1	ВР2		ВРЗ	ВР6
Поминальное напряже- ние, кВ	10 (И)	10 (И)		10 (11)	6 (6,6)
Поминальный ток отклю- чения, кА	20	20	31,5	40	40
Номинальный ток, А	630  100	1600	630  1000  1600	2000  3150	1600  3150
Ток электродинамиче- ской стойкости, кА	52	52	81	102	102
Ток термической стойко- сти, 3 с, кА	20	20	31,5	40	40
Механический ресурс, число циклов ВО	100000	100000		30000	30000
Коммутационный ресурс, число циклов, ВО:  при номинальном токе при номинальном токе отключения	50000  100	300<  5С	30	30000  50	30000 40
Гок потребления цепи электромагнита при включении, А	16	22		25	25
Масса, кг	68	90-112		250	270
Габаритные размеры, мм	573x214* х564	568x704x300x530		945х678х х700	1232х950х хбЗО
ных распределительных устройств различных серий. Рекон-
струкция заключается в замене коммутационного аппарата
вместе с выкатным элементом, при полной адаптации
выкатного элемента к действующему шкафу КРУ. Такой
вид реконструкции действующих электроустановок наиболее
экономичен, не прерывает технологический цикл, не требует
строительно-монтажных работ. При замене устаревших
выкатных элементов на предлагаемые конструкция шкафов
КР, схемы релейной защиты и блокировки остаются неиз-
менными, что позволяет выполнить модернизацию КРУ с
наименьшими затратами. Выкатные элементы с вакуумными
выключателями серии ВР при необходимости могут выпол-
няться практически для всех серий существующих КРУ,
в частности в шкафах КРУ серии K-III-V, К-ХП, K-XXVI,
К-37, КРУ2-10, КМ-1Ф, КР-10 на номинальное напряжение
10 кВ, номинальный ток 630—1600 А, номинальный ток
отключения 20 и 31,5 кА. Вакуумные выключатели серии
ВРЗ, ВР6В, ВР6К конструктивно выполняются как выкат-
ные элементы комплектных распределительных устройств.
Это позволяет применять данные выключатели в новых ячей-
ках, а также использовать для реконструкции уже сущест-
вующих. Выключатели серии ВР6В предназначены для заме-
ны выключателей серии ВЭ-6, ВЭЭ-6, ВЭС-6, ВЭЭС-6 в ячей-
ках KE-6, КЕ-6С, КЕЕ-6 и КЕЕ-6С. Выключатели серии
ВР6 предназначены для замены выключателей серии ВЭМ-6
в ячейках К-Х. Выключатели серии ВРЗ предназначены для
замены выключателей ВВ (Э)-10 в ячейках КМ-1, КМ-1Ф,
К-59, К-69, К-ЮУ и др.

Наряду с вакуумными выключателями и выкатными
элементами предприятие выпускает универсальные мо-
дули. Универсальный модуль представляет собой монтаж-
ный комплект, в состав которого входит выключатель
вакуумный ВР, установленный на металлическом каркасе.
Выключатель снабжен всем необходимым набором токоведу-
щих шин. На выключателе смонтированы: элементы бло-
кировки, управления, 'контроля и защиты, которые встроены
в привод выключателя или размещены на металличес-
ком каркасе; устройство релейной защиты (ПРЗ), имеющее
полный набор схем, который дает возможность реализо-
вать эквивалентную замену любой из схем, применяющих-
ся в приводах заменяемых масляных выключателей; огра-
ничители перенапряжений (ОПН), устанавливаемые на
модуле.
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПУНКТ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ АПС-10-12,5/630
БПЦ «ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» (г. МОСКВА)

Автоматический пункт секционирования реклоузер пред-
назначен для автоматизации работы электрических сетей с
изолированной и компенсированной нейтралью при нор-
мальных и аварийных режимах в сетях трехфазного и одно-
фазного переменного тока. АПС применяются в кольцевых
или радиальных воздушных линиях электропередачи и пред-
назначены для выполнения следующих функций: защита воз-
душных линий электропередачи и в аварийных режимах;
автоматического секционирования электрической сети, выде-
ления поврежденного участка; выполнения автоматического
повторного включения (АПВ); автоматического ввода резерва
(АВР). АПС представляет собой совокупность вакуумного
выключателя наружной установки со встроенными транс-
форматорами тока, шкафа управления, включающего в себя
микропроцессорную релейную защиту и систему телемеха-
ники.

Особенности конструкции обеспечивают высокую долго-
вечность (срок службы основных элементов — до 25 лет),
модульность, удобство обслуживания. Конструкция реклоузе-
ра зарекомендовала себя в полевых условиях благодаря
защищенности от воздействия факторов окружающей среды,
легкости монтажа и обслуживания, высокой ремонтопригод-
ности.

Модульная конструкция позволяет монтировать каждый из
трех полюсов отдельно в ситуациях, требующих нестандарт-
ного подхода к установке реклоузера.

Твердая пенопластовая изоляция Joslyte, являющаяся
безопасной для окружающей среды, обеспечивает повышен-
ный уровень изоляции и механическую защиту вакуумной
дугогасительной камеры.

Простой механизм привода, приводимый в действие с по-
мощью катушек включения и отключения, рассчитан на
10000 механических операций. Конструкция привода хорошо
зарекомендовала себя в полевых условиях, узлы привода —
самосмазывающиеся. Привод состоит из небольшого числа
компонентов, что повышает надежность системы. Трансфор-
маторы тока внешней установки защищены металлическими
крышками, что обеспечивает повышенную безопасность. Ме-
таллическую крышку можно легко снять для доступа к
трансформаторам тока. Коэффициент трансформации ТТ со-
гласовывается с заказчиком.
Основные технические характеристики АПС-10-12,5/630

Номинальное напряжение, кВ.......................... 10, 27

Номинальный ток, А.................................. 630, 800

Номинальный ток отключения, кА........................ 12,5,	16

Климатическое исполнение............................ УХЛ 1

Номинальное напряжение вторичных цепей, В........... 220, 127, 100

Ресурс по коммутационной способности, операций включе-
ний — отключении:

номинального тока................................. 10000

номинального тока отключения...................... 100

2.6,	СПЕЦИАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ

СИЛОВОЙ ЩИТ OKKEN ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НА ТОКИ ДО 6300 А И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ
ООО «ЗАВОД «КАЛИНИНГРАДГАЗАВТОМАТИКА» (г. КАЛИНИНГРАД)

Установка OKKEN представляет собой модульный низко-
вольтный щит, предназначенный для распределения электро-
энергии и управления электродвигателями на крупных объ-
ектах промышленности, сферы обслуживания и инфраструк-
туры. Его характеристики обеспечивают высокий уровень
безопасности, высокую адаптируемость к потребностям кон-
кретного вида применения, большую гибкость. Эргономиче-
ская конструкция данного щита облегчает его установку на
объекте, эксплуатацию и техническое обслуживание. Запа-
тентованные технические решения обеспечивают соблюдение
строгих требований по продолжительности и бесперебойно-
сти работы: возможность модификации и изменение конфи-
гурации под напряжением. Унифицированная система несу-
щих конструкций и сборных шин позволяет создавать щиты
как с задним, так и с передним присоединением, обеспечивая
при этом оптимальный уровень доступа для обслуживания.
Установка производится при помощи устройств Polyfast
(предназначены для выключателей NS 100/630). Благодаря
устройствам Polyfast можно подготовить распределительный
щит для подключения непосредственно на месте установки,
изменять или добавлять отходящие линии под напряжением.
OKKEN соответствует международным стандартам на серий-
ное комплектное оборудование.

АГРЕГАТНЫЙ ЩИТ СТАНЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ АЩСУ-0,4 КВ

ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ» ОАО «НИПОМ» (г. ДЗЕРЖИНСК)

Агрегатные щиты АЩСУ-0,4 выполняют функции ручного
и автоматического управления потребителями технологиче-
104
ских агрегатов (компрессорных, насосных станций), резерви-
рованное электропитание потребителей, тепловой й токовой
(максимальной) защиты потребителей, контроля параметров и
световой индикации состояния системы питания, приема
сигналов управления и выдачи сигналов состояния потреби-
телей.

Щиты ЛЩСУ-0,4 кВ выполнены в виде двухстворчатых
шкафных стоек двухстороннего или одностороннего обслу-
живания: на лицевых сторонах дверей установлены органы
управления, вольтметр, табло световой сигнализации. Рукоят-
ки ручного управления автоматов подачи питания потребите-
лям выведены через вырезы на наружные стороны дверей.
Размещение кабельных лотков и крепежно-кабельных конст-
рукций допускает различные сочетания верхнего и нижнего
присоединения внешних кабелей силовых вводов, выводов и
сигнальных цепей. Степень защиты установки — IP20. Габа-
ритные размеры одной секции — 2200x600x1200 мм.

Питание потребителей осуществляется от двух независи-
мых вводов 380 В трехфазного переменного тока с наличием
АВР, который может быть реализован с различным приори-
тетом вводов. Питание цепей управления осуществляется од-
нофазным переменным или постоянным током напряжением
220 В, Значения номинальных токов присоединений состав-
ляют 150, 320, 630, 750, 1000 А. Регулируемое время переклю-
чения ввода — 0,1 —30 с. Число подключаемых к одной сек-
ции потребителей — 12. Типы потребителей — электродвига-
тели насосов, вентиляторов, задвижек, а также нагреватели,
системы КИП, аварийной защиты, освещения.

ЩИТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ЩАВР-Ф ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ»

ОАО «НИПОМ» (г. ДЗЕРЖИНСК)

Щиты ЩАВР-Ф предназначены для обеспечения бес-
перебойным питанием электроприемников I категории
на напряжение до 0,4 кВ. Переключение питания с основ-
ного ввода на резервный осуществляется при исчезновении
или неполнофазном режиме основного питания. Щит выпус-
кается на номинальные токи нагрузки 100, 250, 320 А. Сте-
пень защиты установки — IP20, габаритные размеры —
2205x700x600 мм.

В системе управления предусмотрено запоминание неис-
правного состояния ввода после автоматического переключе-
ния на другой ввод, Местная и системная сигнализация от-
ражает наличие напряжения на обоих вводах, состояние вво-
дов, наличие напряжения в цепях управления, режим (ручной
или автоматический) работы щита.

ЩИТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЩПТ-24В,
ЩПТ-ИОВ, ЩПТ-220В ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ»
ОАО «НИПОМ» (г. ДЗЕРЖИНСК)

Щиты предназначены для приема и распределения элек-
троэнергии постоянного тока (до 630 А) напряжением 24 В,
110 В и 220 В для оперативных цепей газоперекачивающих и
газораспределительных станций. Осуществляются следующие
функции: прием электроэнергии от источника гарантирован-
ного питания; оперативное включение — отключение потреби-
теля; контроль напряжения на системе питающих шин с сиг-
нализацией предельно допустимых отклонений; контроль то-
ка заряда —разряда аккумуляторных батарей; контроль изо-
ляции цепей питания потребителей с автоматическим обна-
ружением неисправного фидера; световая сигнализация пре-
дельных значений параметров системы питания; сигнализа-
ция неисправности выпрямительных устройств, отключения
входных автоматов; передача текущих значений параметров и
отклонений от нормы в САУ объекта по цифровому каналу
связи. Степень защиты установки — IP20, габаритные разме-
ры — 2220x600x1200 мм.

ВОЗБУДИТЕЛЬ ТИРИСТОРНЫЙ ЦИФРОВОЙ ДЛЯ СИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ ВТЦ-СД-320 ЗАО «РОСЭЛЕКТРОПРОМ ХОЛДИНГ»
ОАО «НИПОМ» (г. ДЗЕРЖИНСК)

Назначением ВТЦ-СД-320 является управление током
возбуждения при пуске, останове, синхронной работе и ава-
рийных режимах синхронных электродвигателей СТД мощ-
ностью от 4000 до 12500 кВт и напряжением 6 (10) кВ, а так-
же взаимодействие с САУ ЭГПА и АСУ компрессорных це-
хов и газоперекачивающих станций магистральных газопро-
водов.

Основной регулятор выполнен на базе промышленного
контроллера Octagon Systems с процессором типа 5066-586-
133 MHz или CPU Fastwell 686е и осуществляет функции пус-
ка, останова, защиты двигателя, высокоэффективного цифро-
вого регулирования возбуждения. Резервный одноплатный
микропроцессорный регулятор способен самостоятельно вы-
полнять функции пуска, останова, защит двигателя, как и ос-
106
новной регулятор. Управление возбуждением осуществляется
по более простому закону — стабилизация тока возбуждения
на уровне, задаваемом оператором.

Основные технические характеристики ВТЦ-СД-320

Номинальный ток возбуждения, А..................... 320

Ряд номинальных напряжений возбуждения, В.......... 115, 150, 230

Номинальная мощность по ряду напряжений, кВт.......	36,8; 48; 73,6

Кратность форсировки по току....................... 1,8

Схема выпрямления.................................. Трехфазная

мостовая

Габаритные размеры, мм.............................. 700x800x2200

Масса, кг, не более................................ 400

ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ АВАРИЙНЫМ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОМ ЩУЭС-630
ООО МПП «ЭНЕРГОТЕХНИКА» (г. САРАТОВ)

Щит управления ЩУЭС-630 предназначен для использова-
ния в автоматизированных дизельных электростанциях (ДГ)
мощностью 530 кВт и 630 кВт, стационарного и контейнерно-
го исполнения. Для обеспечения высокой степени надежно-
сти при эксплуатации изделия в его конструкции использует-
ся элементная база с микропроцессорной технологией и вы-
сокой степенью интеграции зарубежных и отечественных
производителей, таких как LOVATO, FINDER, OEZ, CABUR.
Одним из важнейших элементов данного изделия является
генераторный автомат Чешской фирмы OEZ, продукция ко-
торой используется и в генераторных автоматах концерна
Schneider Electric. В отличие от ранее использовавшихся ав-
томатов, по которым имеется много нареканий, это надежные
автоматы нового поколения, изготавливаемые в Чехии по ли-
цензии, Для исключения одной из опаснейших ситуаций при
эксплуатации ДЭС — подачи на внешнюю необесточенную
сеть встречного напряжения с шин генератора, применена
многоуровневая независимая система блокировок включения
генераторного автомата.

Основные технические характеристики ЩУЭС-630

Номинальное напряжение, В............................................ 400

Номинальный ток автоматического выключателя А....................	1000 (1150)

Сила тока при cos = 0,8, А............................................ 954	(1134)

Частота, Гц...................................................... 50

Мощность на выходных клеммах агрегата:
номинальная, кВт................................................ 530	(630)

максимальная в течение	1	ч,	кВт........................ 583	(693)

Защита от кратковременного короткого замыкания:

порог расцепления 1т ................................................................ Зх/„

временная задержка при = Зх/„, с................................. 0,03

Напряжение питания вспомогательных цепей, В........................... 24
Степень защиты....................................... IP31

Климатическое исполнение............................. УХЛ4

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °C................... 5 — 50

относительная влажность окружающей среды, %........ 50 — 90

Габаритные размеры, мм................................. 2200x1000x600

Масса, кг, не более.................................. 350

ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА ШУВГм
ООО МПП «ЭНЕРГОТЕХНИКА» (г. САРАТОВ)

Устройство ШУВГм с регулятором возбуждения СВАТ-3
предназначен для работы в составе комплекса оборудования
электростанции ПАЭС-2500М мощностью 2,5 МВт, выходным
напряжением 10 или 6 кВ, при установке в нее генератора
бесщеточной конструкции типа СГСБ-14-100-У6, комплектно-
го распределительного устройства «Круиз» и силовой газо-
турбинной установки Д-30, он разработан для замены уста-
ревшего ШУВГ с регулятором РВА-62. ШУВГм может быть
использован для построения или модернизации аналогичных
электростанций, в том числе с генераторами щеточной кон-
струкции.

Шкаф управления ШУВГм осуществляет дистанционное
или местное включение или выключение возбуждения гене-
ратора, дистанционное или местное переключение режима
регулирования выходного напряжения генератора — «авто-
матический» или «ручной», выключение возбуждения по ко-
мандам от микропроцессорного блока защиты «Sepam-2000»
или БР-3, формирование сигнала на отключение вакуумного
выключателя и отключение возбуждения при поступлении
сигнала об аварийной остановке силовой установки или пе-
регрева подшипников генератора, включение (коммутацию)
источников питания сети электростанции.

Основные технические характеристики ШУВГм

Номинальное напряжение возбуждения, В............... 60

Номинальный ток возбуждения, А...................... 6

Потребление мощности аппаратурой шкафа:

по постоянному напряжению 27 В, Вт, не более...... 120

по переменному напряжению 3x130 В. ВА, не более...	2500

От измерительных трансформаторов напряжения, ВА.....	10

Габаритные размеры, мм.............................. 1760x570x428

Масса, кг, не более................................. 180

СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАТ-3
ООО МПП «ЭНЕРГОТЕХНИКА» (г. САРАТОВ)

Система СВАТ-3 предназначена для питания обмотки
возбуждения возбудителя синхронного генератора типа
СГСБ-14-100-6У2 или аналогичных по параметрам генерато-
рам и поддержания напряжения генераторов с заданным
статизмом в диапазоне мощностей от нуля до номинальной
при одиночной и параллельной работе электростанций. Авто-
матический регулятор возбуждения СВАТ-3 обеспечивает:
автоматическое регулирование напряжения по ПИД-закону
с поддержанием напряжения на выводах генератора в соот-
ветствии с заданной уставкой и точностью не хуже
±0,5 % относительно заданной статической характеристики,
при этом величина статизма регулирования устанавливается
в пределах от 0 до 5 % в режиме выдачи реактивной мощ-
ности; начальное возбуждение с плавным (в течение 5 с)
нарастанием напряжения статора генератора до 100 %
номинального значения; дистанционное изменение уставки
напряжения статора генератора в диапазоне от 90 до 110 %
со скоростью 0,5 % в секунду; независимость напряжения
на выводах статора генератора в режиме холостого хода при
изменении частоты от 52 до 48 Гц; уменьшение уставки на-
пряжения статора генератора с коэффициентом 2 % на 1 Гц
изменения частоты при снижении частоты генератора ниже
48 Гц.

Основные технические характеристики СВАТ-3

Номинальное выходное напряжение, В.........

Номинальный выходной ток, А................

Максимальный ток возбуждения в режиме форси-
ровки, А...................................

Кратность форсировки возбуждения...........

Максимальная длительность форсировки, с....

Напряжение питания постоянного тока цепей за-
щиты и управления, В.......................

Питание силовой части от подвозбудителя генера-
тора ......................................

60

6

15

2

2

Габаритные размеры, мм
Масса, кг, не более...

Ток трехфазный, 160 В,
300 Гц
420x300x140
15

БЛОЧНО-МОДУЛЬНОЕ НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО БМНУ
ООО «ПНП БОЛИД» (г. НОВОСИБИРСК)

Нагрузочное устройство представляет собой резистор,
предназначенный для рассеивания импульсной энергии в це-
пи торможения частотно-регулируемых приводов. Режим ра-
боты — повторно-кратковременный. Резистор состоит из по-
следовательно включенных резистивных элементов. Рези-
стивные элементы собраны в блок и устанавливаются в за-
щитный корпус. Каждый резистивный элемент состоит из
двух последовательно соединенных между собой электропро-
водных элементов на основе композиционного материала
«ЭКОМ» (ТУ 3414-005-11840528 — 97), помещенных между
изолирующими прокладками из слюдопласта в стальной кор-
пус. Защитный корпус и корпуса резистивных элементов
имеют электрический контакт.

Основные технические характеристики БМНУ

Номинальное напряжение, кВ......................... 10,5

Номинальная мощность, МВт.......................... 5,5

Напряжение питания пускорегулирующей аппаратуры, В... 380

Потребляемая мощность	из сети,	кВт................. 180

Габариты модуля, мм................................ 9050x2870x3874

Вес модуля, кг..................................... 19600

БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫЕ СТАНЦИИ ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ ЭХЗ-1-6
ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ» (г. КРАСНОДАР)

Блочно-комплектные станции электрохимзащиты ЭХЗ-1-6
предназначены для защиты подземных металлических соору-
жений (от однониточного до шестиниточного трубопроводов,
газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов и др.) от
электрохимической коррозии. Станции электрохимзащиты
рассчитаны для установки на высоте не более 1000 м над
уровнем моря и имеют климатическое исполнение У1, УХЛ1.
Для каждой нитки трубопровода в блок-боксе станции элек-
трохимзащиты устанавливается по одному блоку автоматиче-
ского включения резерва (АВР) и две станции катодной за-
шиты (основная и резервная). Блок-бокс станции электро-
химзащиты представляет собой металлическую сварную кон-
струкцию, которая предотвращает доступ к оборудованию
посторонних лиц. В качестве утеплителя используется несго-
раемое стекловолокно URSA (теплопроводность не более
0,038 Вт/м-°С).

Станция электрохимзащиты состоит из следующих основ-
ных частей: регулируемого выпрямителя; распределительного
пункта на 0,4 кВ; комплекта освещения блок-бокса; комплек-
та отопления блок-бокса; коммутационного шкафа; мастер-
ской. По требованию заказчика возможно изготовление дру-
гих компоновочных решений блок-боксов станции электро-
химзащиты, оснащение их вспомогательными помещениями
любой номенклатуры и в различных комбинациях. Станции
электрохимзащиты могут быть установлены на сваях, желе-
зобетонных плитах, бетонных блоках. Габаритные размеры
110
блок-бокса станции электрохимзащиты (3,6 —6x3x2,9 м) по-
зволяют транспортировать его к месту назначения по желез-
ной дороге и автотранспортом.

УСТАНОВКА КОНДЕНСАТОРНАЯ БЛОЧНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ УКБА-0,4
ДОАО «ЭЛЕКТРОГАЗ» (г. КРАСНОДАР)

Установка конденсаторная блочная автоматическая типа
УКБА-0,4 напряжением 380 В предназначена для повышения
коэффициента мощности в электроустановках промышлен-
ных предприятий и в электрических распределительных се-
тях напряжением 0,4 кВ промышленной частоты 50 Гц за счет
автоматического регулирования реактивной мощности. УКБА
предназначены для установки в невзрывоопасной окружаю-
щей среде, не содержащей токопроводящей пыли, агрессив-
ных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и
изоляцию, на высоте над уровнем моря не более 1000 м, при
температуре окружающего воздуха от —30 °C до +50 °C и
имеют климатическое исполнение УХЛ. Применение конден-
саторной установки обеспечивает повышение коэффициента
мощности в узле нагрузки и уменьшение потерь электро-
энергии в процессе ее передачи. Широкий диапазон реак-
тивных мощностей позволяет устанавливать конденсаторные
установки в любой точке сети: у электродвигателей (индиви-
дуальная компенсация), при этом от реактивных токов раз-
гружаются не только внешние электрические сети и транс-
форматоры, но и внутренняя распределительная сеть; груп-
пами в цехах (групповая компенсация); крупными батареями
на трансформаторных подстанциях (центральная компенса-
ция). Мощность конденсаторных установок от 75 до 400 квар.
Габаритные размеры (в мм) установок до 100 квар
1000x600x300, установок выше 100 квар — 1800x800x600.

СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОГРЕВА ТРУБОПРОВОДОВ

И РЕЗЕРВУАРОВ ООО «СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
(г. МЫТИЩИ)

Система ТЕПЛОМАГ предназначена для обогрева трубо-
проводов и резервуаров, с целью обеспечения гарантирован-
ной прокачки продукта в различных условиях окружающей
среды. Система применяется в вариантах: защиты от замер-
зания; противоконденсатного подогрева; поддержания тре-

ти
буемой температуры продукта, Основными элементами сис-
темы являются зональные нагревательные ленты, резистив-
ные нагревательные ленты, соединительные коробки, ком-
плекты заделки нагревательных лент и комплектные транс-
форматорные подстанции.

Для поддержания температуры продукта и стартового ра-
зогрева магистральных трубопроводов большой длины разра-
ботана СКИН-система, Данная система — единственная сис-
тема, позволяющая обогреть плечо трубопровода длиной до
30 км с подачей электропитания с одного конца без сопрово-
дительной сети. В СКИН-системе применяются специальные
нагревательные элементы, использующие явление скин-
эффекта и эффекта близости в проводниках из ферромаг-
нитных материалов на переменном токе промышленной час-
тоты. Нагревательный элемент представляет собой трубу из
углеродистой стали с наружным диаметром 20 — 60 мм и тол-
щиной стенки не менее 2 мм, внутри которой располагается
проводник из немагнитного материала (меди или алюминия)
сечением 25 — 50 мм2. Проводник с одного конца надежно со-
единяется со стальной трубой, а с другого конца между тру-
бой и проводником подается переменное напряжение, вели-
чина которого рассчитывается исходя из необходимого теп-
ловыделения и длины участка обогрева. Переменный ток те-
чет по всему сечению внутреннего проводника, поскольку на
промышленной частоте в немагнитном материале с хорошей
проводимостью заметного поверхностного эффекта не возни-
кает. В ферромагнитном внешнем проводнике (стальной тру-
бе) скин-эффект ярко выражен, и весь ток течет, в силу эф-
фекта близости, во внутреннем слое трубы толщиной около
1 мм, а потенциал наружной поверхности трубы остается
практически нулевым, В силу большего сопротивления стали
основное тепловыделение (до 80 %) происходит в стальной
трубе.

ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕРИИ РЕТОМ
НПП «ДИНАМИКА» (г. ЧЕБОКСАРЫ)

Серия РЕТОМ включает испытательные приборы —
средства проверки низковольтного электрооборудования:
РЕТОМ-11; РЕЛЕ-ТОМОГРАФ-41М (РЕТОМ-41М); РЕЛЕ-
ТОМОГРАФ-ВЧ (РЕТОМ-ВЧ).

РЕТОМ-11 предназначен для проверки простых защит, из-
мерительных трансформаторов, коммутационных аппаратов,
112
электромагнитных пускателей, метрологической проверки
другого электрооборудования, используемого в системах
электроснабжения, который является современной альтерна-
тивой устройствам класса У5053 и ЭУ5000. РЕТОМ-11 — это
малогабаритный и мощный испытательный прибор, который
содержит два независимых источника и обеспечивает: выдачу
регулируемого постоянного напряжения 0 — 250 В (1 А); выда-
чу регулируемого однофазного переменного тока 0 — 200 А;
выдачу регулируемого однофазного переменного напряжения
0 — 250 В (4А); измерение выдаваемых и внешних токов и
напряжений с помощью встроенного цифрового мультиметра;
измерение временных характеристик различных реле и
коммутационных аппаратов в диапазоне 0,001 — 100 с с помо-
щью встроенного цифрового секундомера. Испытания могут
проводиться и на открытом воздухе при температуре от —
20 °C до + 50 °C. Возможности РЕТОМ-И можно расширить,
применяя дополнительный блок РЕТ-ВАХ, который позво-
ляет увеличить диапазон длительно выдаваемого напряжения
до 1000 В и осуществить: снятие вольтамперных харак-
теристик трансформаторов тока; измерение коэффициен-
тов трансформации трансформаторов тока и напряже-
ния; проверку электрических аппаратов различного приме-
нения.

РЕТОМ-41М — компьютеризированная испытательная
система для проверки сложных устройств релейной защиты и
автоматики всех поколений, которая поднимает на принци-
пиально новый уровень качество и объективность повероч-
ных работ. РЕТОМ-41М — это универсальный источник
трехфазного тока и трехфазного напряжения, при этом каж-
дая из величин может независимо регулироваться по ампли-
туде и фазе с возможностью измерения и регистрации токов,
напряжений и частоты в широком диапазоне. Кроме выпол-
нения традиционных испытательных работ РЕТОМ-41М пре-
доставляет такие возможности как: имитацию циклов одно-
фазного и трехфазного АПВ; графическое задание сигналов
токов и напряжений любой формы; имитацию различных ви-
дов КЗ и обрывов фаз; воспроизведение аварийной ситуации
с любого цифрового осциллографа в формате COMTRADE;
синхронизацию нескольких РЕТОМов для увеличения коли-
чества воспроизводимых сигналов тока и напряжения. В ком-
плект поставки входят испытательный прибор и стандартное
программное обеспечение, включающее ряд модулей, рабо-
тающее и управляемое с компьютера IBM Pentium-166 и вы-
ше. В дополнение к стандартному комплекту могут быть по-
ставлены: блоки однофазных преобразователей тока РЕТ-10;
блоки трехфазного преобразователя напряжения РЕТ-ТН;
компьютер; принтер; специальные программы автоматизиро-
ванной проверки различных типов реле и комплектных уст-
ройств защиты с выдачей протоколов испытаний.

РЕТОМ-ВЧ — это универсальная, мобильная ВЧ-лабо-
ратория, предназначенная для проверки ВЧ постов устройств
релейной защиты, ВЧ аппаратуры приема-передачи телеко-
манд релейной защиты и противоаварийной автоматики, для
снятия характеристик различных элементов ВЧ тракта на
электрической подстанции.
Глава 3

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ
ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОАО «ГАЗПРОМ»

3.1.	ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОАО «ГАЗПРОМ»

Автоматизация управления процессами энергообеспечения
объектов ОАО «Газпром» является одним из важных условий
повышения эффективности и надежности работы основного
технологического производства предприятий добычи, транс-
порта, подземного хранения и переработки газа. Вопросы ав-
томатизации объектов энергообеспечения объединения ре-
шаются с учетом положений государственных и отраслевых
стандартов, руководящих документов, включая:

ГОСТ 24.104 — 85. Единая система стандартов автоматизи-
рованных систем управления. Автоматизированные системы
управления. Общие требования;

ГОСТ 24.703 — 85. Единая система стандартов автоматизи-
рованных систем управления. Типовые проектные решения в
АСУ. Основные положения;

ГОСТ 34.003 — 90. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Автоматизиро-
ванные системы. Термины и определения;

ГОСТ 34.201 — 89. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Виды, ком-
плектность и обозначение документов при создании автома-
тизированных систем;

ГОСТ 34.601 — 90. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Автоматизиро-
ванные системы стадии создания;

ГОСТ 34.602 — 89. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Техническое
задание на создание автоматизированной системы;

ГОСТ 34.603 — 92. Информационная технология. Виды ис-
пытаний автоматизированных систем;
РД 50-34.698 — 90. Методические указания. Информацион-
ная технология. Комплекс стандартов и руководящих доку-
ментов на автоматизированные системы. Автоматизирован-
ные системы. Требования к содержанию документов;

Отраслевая система оперативно-диспетчерского управле-
ния (ОСОДУ) ЕСГ России. Общесистемные технические тре-
бования. Руководящий документ/ ОАО «Газпром», 1998;

ВРД 39-1.8-055 — 2002. Типовые технические требования на
проектирование КС, ДКС и КС ПХГ/ ОАО «Газпром», 2002;

Основные положения по автоматизации объектов энерго-
обеспечения ОАО «Газпром»/ ОАО «Газпром», 2001;

СТО Газпром. Энергохозяйство ОАО «Газпром» АСУ ТП
электростанций ОАО «Газпром». Технические требования,
2006, и другие документы.

При создании автоматизированных систем управления
процессами энергообеспечения объектов ОАО «Газпром» це-
лесообразно учитывать (особенно в части детализации функ-
циональных задач) опыт создания АСУ электроэнергетиче-
ских систем РАО «ЕЭС России»: РД 34.08.501—89. Основные
положения по созданию автоматизированных систем управ-
ления предприятий электрических сетей/СПО «Союзтех-
энерго», 1989; РД 34.08.502 — 96. Основные научно-техничес-
кие требования к созданию и развитию автоматизированных
систем управления районов электрических сетей/ РАО «ЕЭС
России», 1996; РД 34.11.114 — 98. Автоматизированные систе-
мы контроля и учета электроэнергии и мощности. Основные
нормируемые метрологические характеристики. Общие тре-
бования/РАО «ЕС России», 1998; и другие документы РАО
«ЕС России».

Согласно документу «Основные положения по автомати-
зации объектов энергообеспечения ОАО «Газпром» подсис-
темой информационйо-управляющей системы общества явля-
ется ИСУ Э — информационно-управляющая система объек-
тами энергетики. Нижним уровнем ИУС Э являются системы
автоматизированного управления объектами энергообеспече-
ния (АСУ Э) технологических объектов предприятий добычи,
транспорта, хранения и переработки газа. Информация из
АСУ Э на верхние уровни ИУС Э передается по каналам свя-
зи ИУС ОАО «Газпром» и предприятий для отображения и
дальнейшей обработки на рабочих станциях (АРМ) энергети-
ческих служб.

Целью создания ИУС Э является: повышение оперативно-
сти управления и качества энергообеспечения; быстрая лик-
видация ненормальных, аварийных и послеаварийных режи-
116
мов в энергообеспечении; снижение непроизводительных
расходов и потерь топливно-энергетических (ТЭР) и вторич-
ных энергоресурсов (ВЭР); технический и коммерческий учет
всех видов энергоресурсов; ведение диагностики и паспорти-
зации оборудования.

Достижение поставленных целей и задач должно осущест-
вляться за счет:

применения систем автоматического контроля и регулиро-
вания режимов работы и противоаварийной защиты обору-
дования всех объектов энергообеспечения на базе использо-
вания современных сертифицированных КИП и А, микро-
процессорных средств автоматизации и распределенных
управляющих программно-технических комплексов с высо-
кой эксплуатационной надежностью;

автоматического информационного обеспечения оптими-
зации режимов энергопотребления;

использования унифицированных средств и систем авто-
матизации, программно-технических комплексов и интер-
фейсов взаимодействия уровней управления;

оптимизации структуры программно-технических средств
(ПТС), исключающей избыточность технических средств, сни-
жающей затраты кабельной продукции и трудоемкость тех-
нического обслуживания оборудования систем управления.

В состав объектов управления подсистемой АСУ Э вклю-
чаются: объекты электроснабжения (понижающие подстан-
ции, электростанции собственных нужд, распределительные
устройства, комплектные трансформаторные подстанции,
аварийные электростанции, системы постоянного тока, линии
электропередачи); объекты теплоснабжения; объекты водо-
снабжения; объекты водоотведения.

Исходя из этого АСУ Э представляет собой интегрирован-
ную систему управления, состоящую из следующих под-
систем:

подсистемы АСУ внутреннего электроснабжения (АСУ ЭС);

подсистемы САУ теплоснабжения (САУ Т);

подсистемы САУ водоснабжения (САУ В);

подсистемы САУ канализационно-очистных сооружений
(САУ КОС).

Деление на подсистемы обусловлено разным характером
решаемых задач, территориальной разобщенностью объектов,
разной скоростью обработки информации и определяется кон-
кретной технологией объектов управления нижнего уровня.

Подсистема АСУ ЭС должна выполняться при использо-
вании:
в распредустройствах цифровых терминалов РЗА — в виде
самостоятельной подсистемы со своей локальной вычисли-
тельной сетью и сервером, в составе общей информационно-
управляющей системы всего объекта;

в распредустройствах традиционных электромеханических
устройств РЗА, как правило, — в виде самостоятельной под-
системы на базе устройств сопряжения с объектом (УСО),
подключаемых к локальной сети или серверу АСУ ЭС; в слу-
чае простых систем электроснабжения, не требующих само-
стоятельной подсистемы АСУ ЭС, УСО ЭС подключаются
непосредственно к информационно-управляющей системе
объекта.

Подсистемы САУ Т, САУ В и САУ КОС должны выпол-
няться:

на сложных объектах — с применением самостоятельных
контроллеров, устанавливаемых на этих объектах;

для полностью автоматизированных установок допускается
выполнять упрощенные САУ Т, САУ В и САУ КОС без при-
менения самостоятельных контроллеров с передачей основ-
ных параметров, предупредительных и аварийных сигналов
на уровень диспетчерского пункта (ДП).

В АСУ Э должны предусматриваться следующие АРМы
(рабочие станции):

АРМ оператора системой электроснабжения — подключа-
ется к сети АСУ ЭС, устанавливается в операторной или на
ДП объекта, предназначена для оперативного управления
системой электроснабжения;

АРМ инженера-релейщика — подключается к сети АСУ
ЭС, устанавливается в кабинете релейщика или аппаратной,
предназначена для текущего обслуживания цифровых терми-
налов РЗА, анализа и разбора аварий, вызова осциллограмм,
программирования терминалов;

рабочая станция инженера-программиста, совмещенная с
сервером (в составе программно-технического комплекса
центральной части АСУ ЭС) — предназначена для общего
сопровождения системы, обеспечения ее работы в нормаль-
ном режиме и технического обслуживания системы;

В ИУС Э должны предусматриваться АРМы энергетика,
которые через маршрутизаторы сетей передачи данных под-
ключаются к сети АСУ ЭС и технологической ИУС объекта.
АРМы энергетика предназначены для работы специалистов
службы энергоснабжения.

В рамках ИУС должно быть обеспечено информационное
взаимодействие между подсистемами АСУ Э и АСУ ТП ос-
118
новной технологии. Каждая подсистема АСУ энергоснабже-
ния должна иметь выход на общую информационно-
управляющую систему всего объекта.

Для учета и контроля расхода всех ТЭР и ВЭР в АСУ Э
должна предусматриваться АСКУ ЭР, в составе которой реа-
лизуется автоматизированная система коммерческого учета
электроэнергии АСКУ Э. Контроль и учет энергообеспечения
удаленных объектов (пунктов линейной телемеханики, стан-
ции катодной защиты, подстанций и др.) должны быть орга-
низованы через систему линейной телемеханики. Команды на
управление удаленными объектами должны формироваться
на АРМ оператора АСУ ЭС и доставляться по каналам теле-
механики на объекты.

Функции ИУС Э распределены по уровням ОСОДУ сле-
дующим образом.

Уровень ОАО «Газпром» (первый уровень ОСОДУ):

определение потребности в энергоресурсах и планирова-
ние норм расхода;

административное управление и контроль производства,
распределения и потребления энергоресурсов;

учет получаемых, производимых и потребляемых ТЭР и
ВЭР;

анализ расхода энергоресурсов и затрат на их производст-
во;

контроль и анализ состояния основного энергетического
оборудования;

организация и управление техническим обслуживанием и
ремонтом энергетического оборудования;

планирование объемов капитального строительства, мо-
дернизации, реконструкции, техперевооружения энергетиче-
ских объектов ОАО «Газпром»;

контроль за ходом строительства и реконструкции энерге-
тических объектов;

паспортизация энергетического оборудования;

информационное обеспечение производства;

ведение баз данных.

контроль поставок электроэнергии предприятиям ОАО
«Газпром» от РАО ЕЭС;

формирование сводных отчетных документов по потреб-
лению энергоресурсов;

формирование сводных отчетных документов по произ-
водству электроэнергии и производственным затратам;

анализ затрат на производство энергоресурсов, в том чис-
ле и ЭСН;
анализ потерь энергоресурсов;

контроль за устранением аварий.

Уровень предприятия (второй уровень ОСОДУ):

планирование потребности предприятия в энергоресурсах;

контроль поставок энергоресурсов;

формирование сводных отчетных документов в соответст-
вии с действующими нормативами ОАО «Газпром» и переда-
ча на верхний уровень;

анализ потребления ТЭР и ВЭР;

анализ затрат на производство энергоресурсов, в том чис-
ле и ЭСН;

планирование и контроль капитального строительства, мо-
дернизации, реконструкции, техперевооружения и капремон-
та энергетического оборудования;

контроль за устранением аварий;

формирование баз данных;

контроль и анализ состояния основного энергетического
оборудования;

паспортизация энергетического оборудования;
информационное обеспечение производства;

контроль процесса энергообеспечения объектов

формирование и передача данных на вышестоящий уро-
вень управления.

Уровень подразделения (третий уровень ОСОДУ):

планирование и реализация технических и ремонтных
мероприятий;

оперативное планирование и контроль работы энергетиче-
ского оборудования;

контроль процесса энергообеспечения объектов;

учет и анализ потребления и производства ТЭР и ВЭР;

подготовка отчетных документов по действующим доку-
ментам ОАО «Газпром»;

контроль состояния энергетического оборудования;

ведение баз данных;

паспортизация оборудования;

информационное обеспечение производства;

формирование и передача данных на вышестоящий уро-
вень управления.

Уровень объекта (четвертый уровень ОСОДУ):

Для объектов транспорта, подземного хранения и перера-
ботки газа, как правило, 4-й уровень управления представля-
ет собой систему оперативного управления АСУ Э. Для объ-
ектов добычи газа функции 4-го уровня корреспондируются с
функциями 3-го уровня.
Подсистема АСУ ЭС для объектов, оснащенных цифровы-
ми терминалами РЗА должна включать следующие основные
функции:

формирование на дисплее оператора мнемосхемы элек-
троснабжения с отображением наиболее важных пара-
метров;

дистанционное управление выключателями главной элек-
трической схемы напряжением выше 1000 В и выключателя-
ми питания КТП собственных нужд 0,4 кВ (вводными, секци-
-онными, аварийного питания);

дистанционное управление пуском и остановом аварийных
дизель- генераторов;

контроль действий оператора при выполнении оператив-
ных переключений;

проверка достоверности входной информации;

релейная защита шин распредустройств и отходящих при-
соединений в объеме Правил устройства электроустановок,
руководящих указаний по релейной защите и директивных
материалов по эксплуатации энергосистем;

обработка, регистрация и вывод на экран дисплея инфор-
мации о событиях в текстовой (табличной) форме;

предупредительная и аварийная сигнализация возникно-
вения ненормальных и аварийных режимов;

предупредительная сигнализация о неисправностях уст-
ройств защиты и автоматики нижнего уровня;

регистрация последовательности срабатывания защит и
противоаварийной автоматики;

ведение во всех контроллерах единого времени, привязан-
ного к астрономическому (к Государственной Шкале Единого
Времени U.T.C.);

регистрация событий, аварийных и предупредительных
сигналов с присвоением метки времени;

вывод на дисплей необходимых документов по ликвидации
аварии;

расчет расстояний до мест повреждения воздушных ли-
ний;

дистанционное изменение уставок и конфигурации циф-
ровых терминалов релейной защиты и автоматики;

обработка информации, получаемой от цифровых терми-
налов и блоков УСО, в том числе регистрация пусков защит
и автоматики, а также значений контролируемых параметров
(токов, напряжений, частоты, мощности и других) в момент
пуска защит и в момент срабатывания защит с присвоением
метки времени;
контроль режима аккумуляторной батареи, параметров се-
ти постоянного тока и состояния подзарядных агрегатов;

осциллографирование параметров аварийных и переход-
ных процессов с расшифровкой осциллограмм;

диагностика и контроль оборудования (ресурсов выключа-
телей, двигателей и др.);

коммерческий и технический учет электроэнергии, фор-
мирование информации о потреблении электроэнергии;

передача информации о расходе электроэнергии в энерго-
учетную организацию;

контроль качества электроэнергии;

формирование базы данных, ведение суточной и сменной
ведомости, графиков изменения текущих параметров, архива
(в том числе аварийной информации);

работа с архивными файлами;

диагностика состояния аппаратуры и программного обес-
печения АСУ ЭС;

распределение и вывод перечисленной выше информации
на мониторы рабочих мест в соответствии с принятой струк-
турой АСУ ЭС, получение твердой копии на принтерах рабо-
чих мест;

связь с ИУС объекта, передача на верхний уровень необ-
ходимой информации о состоянии системы электроснабже-
ния и расходе электроэнергии;

поддержка удаленного доступа к системе.

Коммерческий учет электроэнергии должен реализовы-
ваться средствами АСКУ Э с передачей данных на сервер
АСУ ЭС.

АСУ ЭС должна функционировать в реальном масштабе
времени во всех эксплуатационных режимах работы объекта
(нормальном, ремонтном, аварийном, послеаварийном).

Для объектов, в распределительных устройствах которых
применены традиционные электромеханические устройства
РЗА, АСУ ЭС должна выполняться в упрощенном виде, как
правило, на базе УСО, подключаемых непосредственно к ло-
кальной сети или серверу подсистемы. При этом не следует
стремиться копировать те возможности, которые предостав-
ляют цифровые терминалы РЗА. Основные функции такой
системы включают:

формирование на дисплее оператора мнемосхемы элек-
троснабжения с отображением наиболее важных пара-
метров;

дистанционное управление выключателями главной элек-
трической схемы напряжением выше 1000 В и выключателя-
122
ми питания КТП собственных нужд 0,4 кВ (вводными, секци-
онными, аварийного питания);

дистанционное управление пуском и остановом аварийных
дизель-генераторов;

обобщенная аварийная и предупредительная сигнализа-
ция типа «неисправность в КРУ» и «авария в КРУ», «земля
на шинах в КРУ», «перегрузка (главного трансформа-
тора)»;

ведение во всех контроллерах единого времени, привязан-
ного к астрономическому (к Государственной Шкале Единого
Времени U.T.C.);

регистрация даты и времени аварийных и предупреди-
тельных сигналов с присвоением метки времени;

контроль режима аккумуляторной батареи, параметров се-
ти постоянного тока и состояния подзарядных агрегатов;

коммерческий и технический учет электроэнергии, фор-
мирование информации о потреблении электроэнергии;

передача информации о расходе электроэнергии в энерго-
учетную организацию;

формирование базы данных, суточной и сменной ведомо-
сти, графиков изменения текущих параметров, архива;

передача на верхний уровень необходимой информации о
состоянии системы электроснабжения и расходе электро-
энергии.

Рабочая станция инженера-релейщика для систем, не ос-
нащенных цифровыми терминалами РЗА, не предусматрива-
ется.

3.2.	АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
И УЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

НОРМАТИВНАЯ БАЗА

Нормативная база для создания и развития автоматизиро-
ванных систем контроля и учета энергопотребления на объ-
ектах ОАО «Газпром» включает:

Федеральный закон РФ «Об энергосбережении», № 28-ФЗ
от 03.04.96;

Закон РФ «О государственном регулировании тарифов на
электрическую и тепловую энергию»;

ГОСТ 34.602 — 89. «Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Техническое
задание на создание автоматизированной системы»;
Типовые технические требования к средствам автоматиза-
ции контроля и учета электроэнергии и мощности для
АСКУЭ энергосистем от 11.10.94;

Временное положение об энергоаудите на объектах ОАО
«Газпром»//ОАО «Газпром», ДОАО «Оргэнергогаз», 2000;

Положение о внедрении автоматизированной системы
коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) на предпри-
ятиях ОАО «Газпром», 1999;

Автоматизированная система контроля и учета энергоре-
сурсов (АСКУЭР) для объектов ЕСГ ОАО «Газпром». Унифи-
цированные проектные решения//ОАО «Газпром», ДОАО
«Оргэнергогаз», ДОАО «Газпроектинжиниринг», 2000;

Расчет оценки экономического эффекта от внедрения
АСКУЭ//ОАО «Газпром», ООО «НИИгазэкономика», 2000;

Методика оценки технических потерь электроэнергии в
системах электроснабжения предприятий газовой промыш-
ленности// ОАО «Газпром», РГУ нефти и газа им. И.М. Губ-
кина, 2000, и другие государственные и отраслевые доку-
менты.

Согласно закону «Об энергосбережении» (статья 3) объек-
том государственного регулирования в области энергосбере-
жения являются отношения, возникающие в процессе дея-
тельности, направленной на:

эффективное использование энергетических ресурсов при
их добыче, производстве, переработке, транспортировке,
хранении и потреблении;

осуществление государственного надзора за эффективным
использованием энергетических ресурсов;

создание и использование энергоэффективных техноло-
гий, топливо-, энергопотребляющего и диагностического обо-
рудования, конструкционных и изоляционных материалов,
приборов для учета расхода энергетических ресурсов и для
контроля за их использованием, систем автоматизированного
управления энергопотреблением;

обеспечение точности, достоверности единства измерения
в части учета отпускаемых и потребляемых энергетических
ресурсов.

Энергосберегающая политика государства осуществляется
путем (статья 8):

стимулирования производства и использования топливо- и
энергосберегающего оборудования;

организации учета расхода энергетических ресурсов, кон-
троля за их расходом, а также государственного надзора за
эффективным использованием энергетических ресурсов;
проведения энергетических обследований организаций;

проведения энергетической экспертизы проектной доку-
ментации для строительства;

реализации демонстрационных проектов высокой энерге-
тической эффективности;

реализации экономических, информационных, образова-
тельных и других направлений деятельности в области энер-
госбережения.

Согласно статье 10 закона обязательным энергетическим
обследованиям подлежат организации (независимо от их ор-
ганизационно-правовых форм и форм собственности), если
годовое потребление ими энергетических ресурсов составля-
ет более б тыс. т условного топлива или более одной тыс. т
моторного топлива.

Потребителям и производителям энергетических ресурсов,
осуществляющим мероприятия по энергосбережению, в том
числе за счет производства и потребления продукции с луч-
шими, чем предусмотрено государственными стандартами,
показателями, предоставляются льготы в порядке, определяе-
мом Правительством РФ. В частности, потребители энергети-
ческих ресурсов — юридические лица в случае использова-
ния энергетических ресурсов не в том объеме, который
предусмотрен договорами с энергоснабжающими организа-
циями, освобождаются от возмещения расходов, понесенных
указанными энергоснабжающими организациями, если
недоиспользование энергетических ресурсов является следст-
вием осуществления мероприятий по энергосбережению
(статья 14).

Согласно Положению о внедрении АСКУЭ на предпри-
ятиях ОАО «Газпром» целью внедрения АСКУЭ является:

использование более совершенных методов учета расхода
электроэнергии;

снижение платежей за потребляемую электроэнергию;

проведение организационных мероприятий по рациональ-
ному расходу электроэнергии и выравниванию потребляемых
мощностей в течение суток;

построение АСКУЭ ОАО «Газпром».

АСКУЭ обеспечивает решение следующих задач:

сбор и формирование данных на объекте для использова-
ния их при коммерческом учете;

сбор и передачу информации на верхний уровень управ-
ления и формирование на этой основе данных для проведе-
ния коммерческих расчетов между субъектами рынка (в том
числе и по сложным тарифам);
формирование баланса потребления электроэнергии по
отдельным узлам, районам, энергозонам, ОАО «Газпром»;

оперативный контроль и анализ режимов потребления
электроэнергии и мощности основными потребителями;

контроль достоверности показаний приборов учета элек-
троэнергии и мощности;

формирование статистической отчетности;

оптимальное управление нагрузкой потребителей;

автоматизацию финансово-банковских операций и расче-
тов между потребителями и продавцами.

Структурная схема АСКУЭ в обобщенном виде представ-
лена на рис. 3.1.

Схема включает следующие блоки:

1	— Первичные преобразователи (ПП): электросчетчики
рекомендованных типов (от индукционных, снабженных уст-
ройствами формирования импульсов, до электронных с уст-
ройством формирования цифровой информации);

2	— Устройство сбора и передачи данных (УСПД), должно
обеспечивать сбор и обработку информации, поступающей от
ПП, а также ее передачу по телекоммуникационному каналу
связи 3 на автоматизированное рабочее место 5;

3	— Телекоммуникационный канал (проводной или радио)
должен обеспечивать надежную неискажающую информа-
цию связь между УСПД, центральным вычислительным уст-
ройством и автоматизированным рабочим местом;

4	— Центральное вычислительное устройство (ЦВУ)
должно выполнять следующие функции: обработка, хранение,
ввод, отображение и вывод информации на печать; запоми-
нание и хранение информации; формирование астрономиче-
ского времени и календаря; содержание интерфейсов запроса
и приема информации от УСПД по телекоммуникационным
каналам, а также интерфейсов связи с локальными сетями
персональных компьютеров (ПК);

Рис. 3.1. Структурная
схема АСКУЭ
5	— Автоматизированное рабочее место (АРМ) должно
позволять получать необходимую информацию об энергопо-
треблении предприятия в реальном масштабе времени; функ-
ционально АРМ должно соответствовать ЦВУ;

6	— Блок питания (БП) должен осуществлять основное и
резервное питание УСПД и не допускать сбоев в работе при
переходе от одного вида питания на другое;

7	— Электрическое питание ЦВУ должно осуществляться
от сборок бесперебойного питания.

Устройства 4 и 7 являются составными частями АСКУЭ
более высокого уровня. Все составные части АСКУЭ должны
иметь сертификаты соответствия РФ и должны быть внесены
в Госреестр РФ средств измерений.

Порядок внедрения АСКУЭ предусматривает шесть основ-
ных этапов:

1.	Предпроектное обследование, включая определение
экономической эффективности внедрения АСКУЭ.

2.	Проектирование.

3.	Монтажные и пуско-наладочные работы.

4.	Приемо-сдаточные испытания.

5.	Аттестация АСКУЭ и внесение в Госреестр средств из-
мерений.

б.	Техническое обслуживание АСКУЭ.

Работы по внедрению АСКУЭ в газовой промышленности
должны проводиться по согласованию с ООО «Энерготест-
п ром».

3.2.2. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Оценка экономического эффекта от внедрения АСКУЭ
проводится в соответствии с отраслевой методикой «Расчет
оценки экономического эффекта от внедрения АСКУЭ». Ме-
годика соответствует государственному документу «Методи-
ческие рекомендации по оценке эффективности инвестици-
онных проектов» (утверждены Министерством экономики и
Министерством финансов, № ВК 477 от 21.06.99).

Эффект от внедрения АСКУЭ рассчитывается за весь срок
реализации этого инвестиционного проекта, в качестве кото-
рого принята величина амортизационного периода по обору-
дованию, входящему в комплект АСКУЭ. На основании
«Единых норм амортизационных отчислений» срок реализа-
ции данного проекта рекомендуется считать равным 8 годам
(норма амортизации составляет 12,5 %). При этом налог на
имущество рассчитывается как 2 % от остаточной стоимости
основных фондов АСКУЭ. По каждому году реализации про-
екта составляются денежные потоки, включающие в себя
стоимостную оценку результатов внедрения АСКУЭ и затрат,
связанных с ее внедрением. К затратам относятся капиталь-
ные вложения на закупку и монтаж соответствующего обо-
рудования. Текущие затраты на эксплуатацию АСКУЭ вклю-
чают оплату налога на имущество. Результатом внедрения
АСКУЭ является снижение затрат на оплату электроэнергии
вследствие:

появления возможности перехода, по согласованию с по-
ставщиком электроэнергии, на более выгодный одноставоч-
ный зонный тариф, стимулирующий оптимизацию суточного
графика потребления электрической энергии;

полного контроля за процессом электропотребления, что
позволяет сокращать непроизводительные затраты электро-
энергии;

возможности получения электроэнергии с более выгодного
рынка.

На основе расчета денежных потоков по каждому году
рассчитываются следующие показатели: сальдо (разница при-
тока и оттока денежных средств по годам); чистый доход (по
годам и нарастающим итогом); чистый дисконтированный
доход; срок окупаемости инвестиций. При необходимости
рассчитывается внутренняя норма доходности, представляю-
щая такую норму дисконта, при которой чистый дисконтиро-
ванный доход обращается в ноль. Дисконтирование денежно-
го потока в 1-м году производится путем умножения сальдо Ct
указанного года на коэффициент дисконтирования а„ рас-
считываемый по формуле

а, = 1/(1 + Лр.-'о),

где Е — норма дисконта (рекомендуемое значение 0,1); tt и
t0 — расчетный (г-й) и начальный годы реализации проекта
соответственно.

Суммированием величин сальдо и дисконтированных ве-
личин сальдо за весь срок реализации проекта находятся по-
казатели чистого дохода и чистого дисконтированного дохода
соответственно. Только положительные величины чистого
дохода и чистого дисконтированного дохода за весь период
реализации проекта свидетельствуют об эффективности ин-
вестиций в АСКУЭ.

Для того, чтобы определить величину снижения затрат на
оплату электроэнергии при переходе на зонные тарифы не-
обходимо сопоставить суммы оплаты за один и тот же объем
электроэнергии при двухставочном тарифе и при зонных та-
рифах. Исходными данными для определения платы за элек-
троэнергию по зонным тарифам являются:

V — суточное потребление электроэнергии;

VH — потребление электроэнергии в ночное время суток;

Уп — потребление электроэнергии в пиковом режиме су-
ток;

УПп — потребление электроэнергии в полупиковом режиме
суток;

VH' — рациональное выгодное потребление электроэнер-
гии в ночное время суток;

Уп' — рациональное выгодное потребление электроэнер-
гии в пиковом режиме суток;

Уп'п — рациональное выгодное потребление электроэнер-
гии в полупиковом режиме суток;

Тн — ночной тариф за электроэнергию;

Тп — пиковый тариф за электроэнергию;

Тпп — полупиковый тариф за электроэнергию.

Исходные данные по электропотреблению должны удовле-
творять условию

+ Уп + Упп = К + К + Кп.

Суточная плата за электроэнергию по зонному тарифу оп-
ределяется по формуле

ф = ут + V'T + V Т
унхн nJn vnnznn'

На основе суточной величины платы за электроэнергию
находится величина месячной платы для зимнего, летнего и
переходного периодов (Ф3, Фл, Фп). Годовой объем платы за
электроэнергию Ф' при использовании зонных тарифов оп-
ределяется на основании месячной оплаты для зимнего, лет-
него и переходного периодов и числа месяцев в указанных
периодах. Полученная величина сравнивается с годовой пла-
той за электроэнергию Фг при двухставочном тарифе. Вели-
чина эффекта в оплате за электроэнергию за счет перехода
на зонные тарифы определяется по формуле

Эз.Т = Фг Фг •

В некоторых случаях зонные тарифы могут быть более вы-
годными по сравнению с двухставочными даже без измене-
ния потребления электроэнергии в период, оплачиваемый по
льготным тарифам.
Поскольку зонные тарифы внедрены не во всех энерго-
системах, то эффект по данной позиции на перспективу
можно оценить укрупненно, на основании имеющегося опыта
использования таких тарифов. Экспертно он оценивается в
5 — 6 % от базового объема затрат на электроэнергию.

Эффект от сокращения непроизводительных расхо-
дов электроэнергии Эс.нр рекомендуется расчитывать по фор-
муле

Эс.н.р = Уб Кен Т31

где Уб ~ базовое потребление электроэнергии; Кс„ — коэф-
фициент снижения потребления электроэнергии вследствие
сокращения непроизводительного его расхода после внедре-
ния АСКУЭ (экспертное значение 0,02 — 0,03); Т3 — дейст-
вующий тариф на электроэнергию.

Федеральный оптовый рынок электрической энергии
(ФОРЭМ) находится на стадии формирования. При этом пре-
дусматривается создание конкурентных рынков («рынок на
сутки вперед», «балансирующий рынок», «рынок резервов по
прямым платежам») и регулируемого рынка. При этом в луч-
шем положении окажутся потребители, оснащенные совре-
менными средствами АСКУЭ, отвечающими требованиям
энергоснабжающих организаций. Эффект от использования
более дешевой электроэнергии Эд.э, покупаемой на ФОРЭМ,
экспертно оценивается в 10 % от базового объема Ф6 затрат
на электроэнергию

Эд.э = 0,1 Ф6.

По расчетам, выполненным по приведенной методике в
ООО «НИИгазэкономика», срок окупаемости от внедрения
АСКУЭ на электроприводных компрессорных станциях (КС)
составляет менее года, на газотурбинных КС — около трех —
четырех лет.

СРЕДСТВА АСКУЭ

Автоматизированные системы коммерческого учета энер-
гопотребления являются продуктом развития автоматизиро-
ванных систем диспетчерского управления (АСДУ), появив-
шимся после внедрения в производство современных инфор-
мационных технологий, основанных на мощных и доступных
вычислительных машинах класса персональных компьютеров.
АСКУЭ позволяет контролировать расход энергии, выявить и
сократить потери, зарегистрироваться в качестве потребителя
электроэнергии и как следствие стать полноправным участ-
ником открытого коммерческого рынка электроэнергии. Дан-
ные АСКУЭ получают и обрабатывают на предприятиях-
потребителях и на предприятиях-поставщиках энергии всех
уровней (электростанциях, электрических сетях, энергосис-
темах, объединенных диспетчерских управлениях и т.д.),
поэтому система АСКУЭ имеет многоуровневую структуру
и представляет собой сочетание средств контрольно-
измерительной и вычислительной техники, коммуникаций и
программного обеспечения. Развитие коммерческого учета
энергии в России началось позднее, чем в Западной Европе
и США, поэтому основой для создания систем автоматизи-
рованного учета явилось импортные оборудование и про-
граммное обеспечение. Среди наиболее известных фирм,
работающих в России, можно назвать Landis&Gyr — Siemens
(США — Германия), АВВ (Швейцария), General Electric
(США), ISKRAEMECO+ (Словения). Альтернативой импорт-
ным счетчикам и устройствам сбора и передачи данных
являются приборы отечественных заводов (завод им.
М.В. Фрунзе, г. Нижний Новгород; ООО «Энергомер»,
г. Ставрополь, а также предприятия Владимира, Москвы,
Пензы).

Одним из ключевых элементов АСКУЭ является связь ме-
жду уровнями системы. При этом большое значение имеет
расстояние, на которое передается информация. По мнению
проектировщиков систем АСКУЭ, главной проблемой разви-
тия автоматизированных систем коммерческого учета элек-
троэнергии на сегодня является обеспечение надежной и не-
дорогой системы доставки информации от пунктов измере-
ния к расчетным центрам. Сегодня существуют различные
подходы к реализации системы передачи данных. Наиболее
качественные системы передачи информации (например,
спутниковые) требуют значительных капиталовложений. Рас-
сматриваются как наземные, так и спутниковые каналы пе-
редачи данных. Наиболее надежные «выделенные» каналы
очень дороги. Они выделяются на постоянной основе, хотя
для нужд АСКУЭ требуется лишь несколько минут в сутки
для связи и передачи данных. Местные телефонные линии
ненадежны и не обеспечивают должного качества передачи
информации. Энергетики уже давно используют силовые ли-
нии электропередачи для передачи голосовых сообщений и
телеметрии по низкочастотному диапазону, однако большин-
ство используемых схем и оборудование не позволяют обес-
лечить по силовым линиям надежную связь для пере-
дачи данных с устройств сбора и обмен информацией по
АСКУЭ.

Для объединения счетчиков в систему учета применяются
программно-технические комплексы, включающие в себя
различные серверы системы и автоматизированные рабочие
места (АРМ). В настоящее время на российском рынке АС-
КУЭ действуют многочисленные разработчики программного
обеспечения АСКУЭ для IBM-совместимых рабочих станций,
серверов, операционных систем, систем управления базами
данных.

Многообразие средств измерения, связи и программного
обеспечения привело к необходимости унификации проект-
ных решений в нефтегазовой промышленности.

Счетчик АЛЬФА

Многотарифный микропроцессорный трехфазный счетчик
электроэнергии АЛЬФА, выпускаемый АББ В ЭИ Метроника,
предназначен для учета активной и реактивной энергии в
цепях переменного тока, а также для использования в соста-
ве автоматизированных систем контроля и учета электро-
энергии для передачи измеренных или вычисленных пара-
метров на диспетчерский пункт по контролю, учету и рас-
пределению электрической энергии. Принцип измерения,
заложенный в счетчике, базируется на аналого-цифровом
преобразовании величин напряжения и тока с последующим
вычислением энергий и мощностей. Счетчик Альфа состоит
из измерительных датчиков напряжения и тока, основной
электронной платы с микропроцессорной схемой измерения
и быстродействующего микроконтроллера. Измеряемые ве-
личины и другие требуемые данные отображаются на дис-
плее счетчика, выполненном на жидких кристаллах. Измере-
ние тока и напряжения силовых цепей осуществляется с по-
мощью высоколинейных трансформаторов улучшенной кон-
струкции и резистивных схем делителя напряжения. Актив-
ная мощность вычисляется путем умножения измеренных
цифровых значений напряжений и токов с помощью сверх-
большой интегральной схемы (СБИС) измерения. СБИС из-
мерения содержит программируемый цифровой процессор с
тремя встроенными аналого-цифровыми преобразователями
(АЦП). Счетчик АЛЬФА допускает трансформаторное или
прямое подключение к цепи тока. При подключении к
трансформатору тока с номиналом 1 А счетчик работает в
диапазоне токов от 1 мА до 2 А, при подключении к транс-
форматору тока с номиналом 5 А — в диапазоне от 5 мА до
10 Л. При прямом включении счетчик работает в диапазоне
токов от 50 мА до 150 Л. Специально разработанный микро-
контроллер обеспечивает сохранение точности во всем диа-
пазоне рабочих температур от —40 до +60 °C при макси-
мальной и минимальной нагрузках. В счетчике АЛЬФА ис-
пользуется импульсный источник питания, который позволя-
ет обеспечить широкий диапазон рабочего напряжения от 70
до 440 В. В период отключения основного питания литиевая
батарея, если она предусмотрена модификацией счетчика,
обеспечивает питание генератора импульсов 32768 Гц, под-
держивающего работу внутреннего календаря для сохранения
правильного счета времени. Параллельно батарее через бло-
кирующий диод включен конденсатор, который имеет доста-
точную емкость для поддержки работы памяти и календаря в
течение нескольких- часов. После разрядки конденсатора ба-
тарея обеспечивает подачу питания для хранения данных до
2 — 3 лет. Во время перерывов питания все ключевые данные
счетчика и данные о его конфигурации хранятся в неразру-
шаемой памяти ПЗУ микроконтроллера. Данные многота-
рифного режима хранятся в ОЗУ микроконтроллера и в ОЗУ
дополнительной платы А+ до тех пор, пока на счетчик не
поступит питание.

Выпускаются различные модификации счетчиков АЛЬФА
с соответствующим обозначением. Обозначения имеют
вид:

A1R-4-AL-CB-N,

где 1-й знак А — тип счетчика — АЛЬФА;

2-й знак 1 или 2 — класс точности 0,2 или 0,5 соответст-
венно;

3-й знак: D — счетчик, измеряющий активную энергию и
мощность; Т — многотарифный счетчик для измерения ак-
тивной энергии и максимальной мощности; R — многота-
рифный счетчик для измерения активной и реактивной энер-
гии и максимальной мощности; К — многотарифный счетчик
для измерения активной и полной энергии и максимальной
мощности;

4-й знак: 3 — двухэлементный счетчик (трехпроводная ли-
ния); 4 — трехэлементный счетчик (четырехпроводная ли-
ния);

5-й и 6-й знаки — обозначения дополнительной платы
Л + : АО — плата, позволяющая производить измерение энер-
гии и мощности в двух направлениях; OL — плата для записи
и хранения измеренных данных графика нагрузки; AL —
плата для измерения энергии и мощности в двух направлени-
ях и хранения измеренных данных;

7-й и 8-й знаки — обозначение дополнительной платы С
(плата реле): С1 — плата с одним полупроводниковым реле
(один импульсный выход по активной энергии); С2 — с двумя
полупроводниковыми реле (активная и реактивная энергии);
СЗ — с двумя полупроводниковыми реле (активная энергия и
управление нагрузкой); С4 — с двумя полупроводниковыми
реле плюс последовательный интерфейс ИРПС «токовая пет-
ля»; С5 — плата с одним полупроводниковым реле плюс по-
следовательный интерфейс ИРПС «токовая петля»; С6 — с
шестью полупроводниковыми реле (четыре импульсных вы-
хода — активная и реактивная энергия в двух направлениях,
реле управления нагрузкой); С8 — с шестью полупроводни-
ковыми реле плюс последовательный интерфейс ИРПС «то-
ковая петля»; С9 — с последовательным интерфейсом ИРПС
«токовая петля»; С22 — с двумя гальванически развязанными
группами реле (активная и реактивная энергия); С24 — с
двумя гальванически развязанными группами реле (активная
и реактивная энергия) плюс интерфейс ИРПС «токовая пет-
ля»; С25 — с двумя гальванически развязанными группами
реле (активная и реактивная энергия) плюс интерфейс
RS485; С26 — с двумя гальванически развязанными группами
реле (активная и реактивная энергия, управление нагрузкой);
С28 — с двумя гальванически развязанными группами
реле (активная и реактивная энергия, управление нагрузкой)
плюс интерфейс ИРПС «токовая петля»; С29 — с двумя галь-
ванически развязанными группами реле (активная и реак-
тивная энергия, управление нагрузкой) плюс интерфейс
RS-485;

9-й знак — означает тип включения счетчика: Т — транс-
форматорный; П — прямое.

Интерфейс ИРПС «токовая петля» с оптической развязкой
на 1,5 кВ позволяет передавать по одной паре информацион-
ных проводов не только данные об измеренной энергии и
мощности, но и многочисленную дополнительную информа-
цию. Информация передается последовательным кодом на
расстояние до 1,5 км. Используется в тех случаях, когда тре-
буется повышенные требования и достоверность переданной
информации, поскольку протокол обмена предусматривает
выдачу подтверждения принятой или переданной информа-
ции. Протоколы обмена по интерфейсу «токовая петля» под-
134
держивается аппаратно-программными средствами платы А +
+ (модификации AL, АО или OL).

Последовательный интерфейс RS485 позволяет считывать
информацию со счетчика с расстояния до 1,5 км, а также
объединять до 31 счетчика на общую шину без каких-либо
дополнительных устройств.

Оптический порт используется для связи счетчика АЛЬФА
с компьютером для: заводской калибровки; программирова-
ния; метрологической поверки; задания различных постоян-
ных. Кроме того, оптический порт используется при снятии
информации со счетчиков АЛЬФА на месте их установки при
помощи инженерного пульта или переносных компьютеров
Notebook.

Для связи между оптическим портом счетчика и последо-
вательным портом компьютера RS232 применяется кабель
преобразователь UNICOM PROBE. Длина кабеля 2 м. Питание
этого устройства может осуществляться или от батареи 9 В
или от сетевого адаптера.

Управление нагрузкой осуществляется в следующих ре-
жимах:

срабатывания реле в тарифных зонах в соответствии с за
данной уставкой мощности (для каждой тарифной зоны мож-
но определять уставку срабатывания реле);

срабатывания реле с наступлением заданной тарифнон
зоны.

Реле регулирования нагрузки может использоваться
как сигнальное в случае превышения мощности заданной ус-
тавки.

Микропроцессорное исполнение счетчика АЛЬФА делает
его программируемым, что позволяет использовать счетчик с
широким набором разнообразных функций. Программирова
ние счетчиков осуществляется программным пакетом
EMFPLUS 2.30, поставляемым по требованию заказчика. Про
граммный пакет EMFPLUS 2.30 предоставляет три различных
уровня доступа к счетчикам для:

1.	Потребителя.

2.	Эксплуатационных служб Энергоснабжающих орган и
заций.

3.	Ремонтных служб Энергоснабжающих организации,
имеющих право Госповерки.

Для защиты от несанкционированного доступа каждые i
счетчик имеет свой пароль. Кроме того, программное обеснс
чение имеет свои входные коды, препятствующие работе <
программным пакетом несанкционированным лицам.
Для счетчиков АЛЬФА предусмотрены 4 тарифные зоны
(утро, вечер, день, ночь), выходные и праздничные дни, 4 се-
зона, автоматический переход на летнее и зимнее время.

Счетчики АЛЬФА Плюс, ЕвроАЛЬФА, ДЕЛЬТА

Многофункциональный счетчик электрической энергии
АЛЬФА Плюс является дальнейшим развитием технологии,
заложенной в широко известных счетчиках типа АЛЬФА. Со-
храняя в себе все положительные качества предыдущих счет-
чиков АЛЬФА, счетчики АЛЬФА Плюс имеют возможность
измерять и отображать некоторые параметры качества элек-
трической энергии. В счетчиках АЛЬФА Плюс применяется
энергонезависимая память для хранения параметров про-
граммы и измеренных данных. Счетчик может накапливать и
хранить до 4-х каналов профиля нагрузки. Глубина хранения
при 4-х каналах и при длительности интервала профиля
30 мин составляет 70 дней благодаря расширенным возмож-
ностям внутреннего программного обеспечения, увеличению
тактовой частоты микропроцессора, счетчик может измерять,
вычислять и отображать до 46 величин, относящихся к пара-
метрам электроэнергии, включая:

токи и напряжения фаз;

активную, реактивную и полную мощности сети;
активную, реактивную и полную мощности фаз;
коэффициент мощности сети и каждой фазы;
фазные углы векторов напряжений и токов;

значения гармоник (до 15) по фазам напряжения;
значения гармоник (до 15) по фазам тока;

коэффициент искажения синусоидальности кривых на-
пряжения и тока;

частоту сети и другие параметры.

Счетчики АЛЬФА Плюс программируются при помощи
пакета AlphaPlus-Р. Программируемые функции включают:

1.	Авточтение (самосчитывание) счетчика в определенный
день месяца или через определенный интервал в днях.

2.	Осуществление звонка на ЭВМ верхнего уровня при от-
ключении и восстановлении питания.

3.	Автоматический переход на зимнее и летнее время.

4.	Отображение на дисплее предупреждения при превы-
шении заданного порога по мощности.

5.	Функцию «управление нагрузкой».

6.	Контроль параметров качества электроэнергии по за-
груженным в счетчик порогам.
7.	Проверку номиналов напряжения и тока нагрузки в
00:00 часов и при подаче питания.

Специальная программа PwrPlus позволяет наиболее полно
использовать возможности счетчика АЛЬФА Плюс для кон-
троля параметров качества электроэнергии. В частности:

используя данные, считанные со счетчика, рассчитывать и
строить векторные диаграммы для цепей токов и напряже-
ний;

создавать файлы баз данных на диске компьютера;

просматривать и распечатывать диаграммы из сохранен-
ных ранее файлов;

считывать из счетчика журнал событий;

определять конфигурацию системы;

осуществлять модемную связь с удаленным счетчиком.

Многофункциональные микропроцессорные счетчики
электроэнергии серии ЕвроАЛЬФА являются источниками
информации для автоматизированных систем управления по-
треблением и сбытом электроэнергии. Счетчики предназна-
чены для работы на перетоках, генерации и в распредели-
тельных сетях у производителей и потребителей электро-
энергии. В энергокомпаниях счетчики ЕвроАЛЬФА обеспечи-
вают:

1.	Определение выработки электроэнергии генераторами
)лектростанций.

2.	Учет перетоков энергии и мощности на межсистемных
линиях.

3.	Учет поставки электроэнергии и мощности собственным
потребителям.

4.	Учет потребления электроэнергии и мощности на собст-
венные нужды.

5.	Контроль потерь электроэнергии и мощности.

6.	Управление распределением электроэнергии.

У потребителей счетчики ЕвроАЛЬФА применяются для:

1.	Точного учета потребления энергии и мощности в ре-
жиме многотарифности.

2,	Автоматизации производства,

3.	Прогнозирования величины заявленной мощности для
предприятия.

4.	Выбора графика потребления энергии,

5.	Учета реактивной мощности,

6.	Передачи измеренных параметров энергопотребления
для служб энергосбыта.

Счетчики ЕвроАЛЬФА выпускаются четырех классов точ-
ности (0,2; 0,5; 1; 2),
Модификации счетчика ЕвроАЛЬФА можно разбить на
несколько основных групп:

по классу точности;

по виду измеряемой энергии;

по соотношению максимального и номинального тока;

по наличию режима многотарифности;

по возможности хранения графика нагрузки.

Основные модификации и функциональные характеристики счетчиков
серии ЕвроАЛЬФА

ЕАхх.......... Счетчик	активной энергии (кВт ч) и мощности (кВт)

ЕЛххТ....... Счетчик, измеряющий активную энергию (кВт-ч) и мощ-

ность (кВт) в многотарифном режиме

EAxxR(Rl, RA) Счетчик, измеряющий как активную (кВтч), так и реак-
тивную (кварч) энергию и мощность (кВт, квар) в одном
или двух направлениях (до двух выбранных величин)

EAxxR(rl,RA)T Счетчик, измеряющий как активную (кВт-ч), так и реак-
тивную (квар ч) энергию и мощность (кВт, квар) в одном
или двух направлениях в многотарифном режиме (до че-
тырех выбранных величин)

EAxxL....... Многотарифный счетчик активной энергии (кВт ч) и мощ-

ности (кВт) с записью графика нагрузки в память счетчика

EAxxR(Rl,

RA)L(X)..... Многотарифный счетчик, измеряющий как активную

(кВтч) так и реактивную (кварч) энергию и мощность
(кВт, квар) в одном или двух направлениях с записью в
память счетчика данных графиков нагрузки до четырех
(или восьми) каналов

Счетчики ЕА02 и ЕА05 позволяют измерить (вычислить) и
отобразить набор дополнительных величин, включая:

напряжения и токи пофазно;

частоту сети;

активную, реактивную и полную энергии системы и по-
фазно;

коэффициент мощности системы и пофазно;

фазные утлы тока и напряжения.

Большинство измеряемых дополнительных величин явля-
ются действующими значениями, измеряемыми за четное
число периодов, в то время как другие вычисляются на осно-
вании нескольких измерений.

Счетчик ДЕЛЬТИ — первый электронный счетчик элек-
троэнергии, выпускаемый в России, который устанавливается
на DIN-рейку. Счетчик выпускается в трехфазном и одно-
фазном исполнении, нагрузка в прямом включении до 45 кВт
(65А), применяется промышленными (для технического или
коммерческого поцехового учета), мелкомоторными и быто-
выми потребителями.
Микропроцессорный счетчик электроэнергии ДЕЛЬТА
классов точности 1,0 и 2,0 предназначен для учета активной и
активно-реактивной энергии в трех- и однофазных цепях пе-
ременного тока, как в одно- так и многотарифном режиме (до
4-х тарифов). Счетчики имеют корпусное исполнение стан-
дарта DIN, позволяющее устанавливать их как на рейку (ши-
рина 35 мм), так и на панель, и выпускаются трансформатор-
ного или прямого включения. Наличие у счетчика ДЕЛЬТА
неполяризованного импульсного выхода позволяет использо-
вать его в составе автоматизированных систем контроля и
учета электроэнергии. Модификации счетчика можно раз-
бить на несколько основных групп: по виду измеряемой
энергии; по классу точности; по напряжению; по способу
подключения к токовым цепям (прямое включение, транс-
форматорное включение); по числу применяемых тарифов.

Примеры обозначения счетчика:

DAN 25 02 — счетчик ДЕЛЬТА активной энергии класса
точности 2,0 прямого включения на ток 5(65) А для 4-про-
водной сети 230/400 В, двухтарифный с одним импульсным
выходом.

DRN 14 04 — счетчик ДЕЛЬТА активной и реактивной
энергии класса точности 1,0 трансформаторного включения
для 3-проводной сети 100 В, четырехтарифный с двумя им-
пульсными выходами. Счетчики типов DAN измеряют актив-
ную потребленную энергию, счетчики DRN измеряют как
активную, так и реактивную потребленную энергию. Счетчи-
ки не имеют собственных часов и календаря, поэтому пере-
ключение тарифов производится с помощью внешнего уст-
ройства (тарификатора) подачей напряжения любой фазы на
тарифные входы. В качестве тарификатора можно, например,
использовать счетчик ЕвроАЛЬФА с установленной платой
для внешнего управления тарифами (плата F). Пользователю
доступны некоторые функции, которые позволяют конфигу-
рировать счетчик во время его установки. Конфигурирование
счетчика производится в режиме МЕНЮ. Например, это ус-
тановка или изменение коэффициента трансформации, сброс
тарифных регистров.

Для управления тарифными зонами счетчика ДЕЛЬТА
можно использовать цифровые электронные реле времени
(тарификаторы) двух модификаций:

DTT 7/1 с одним реле для двухфтарифного учета;

DTT 7/2 с двумя реле для трех- и четырехтарифного учета.

К тарификатору можно подключать одновременно до 100
счетчиков ДЕЛЬТА.
Все счетчики ДЕЛЬТА имеют импульсный выход, который
можно использовать как для включения счетчика в систему
учета, так и для поверки. При этом активно-реактивные счет-
чики имеют два импульсных выхода: кВт-ч и квар-ч, соответ-
ственно. Полупроводниковые неполяризованное реле рассчи-
тано на ток до 100 мА и напряжение до 247 В. Длительность
импульса по умолчанию 100 мс, другие значения оговарива-
ются при заказе.

Счетчики АЛЬФА, АЛЬФА Плюс, ЕвроАЛЬФА и ДЕЛЬТА
прошли все метрологические испытания и занесены в Госу-
дарственный реестр средств измерений России. Московское
предприятие ООО «СП АВВ ВЭИ Метроника» имеет лицен-
зии на изготовление указанных счетчиков.

Технология Альфа СМАРТ.

Иерархическая система АСКУЭ
с распределенной обработкой

АСКУЭ Альфа СМАРТ предназначена для оперативного
контроля потребления электроэнергии и мощности непосред-
ственно на объекте и учета потребления электроэнергии и
мощности в распределенной энергосистеме.

Система АСКУЭ Альфа СМАРТ включает следующие ос-
новные элементы:

микропроцессорные счетчики АЛЬФА, ЕвроАЛЬФА и дру-
гие; специализированные УСПД серии RTU-300, разработан-
ные на основе сетевых промышленных контроллеров SMART,
IUC и контроллеров стандартов VME; каналы сбора данных
со счетчиков, модемы, мультиплексоры и прочие устройства;
программное обеспечение верхнего уровня под Windows 95,
NT.

В разработке системы учтены: соответствие типовым тре-
бованиям к системам АСКУЭ, утвержденным Главгосэнерго-
надзором и РАО ЕЭС России, реализация открытых систем-
ных решений; использование операционных систем реально-
го времени (OS-9, QNX); использование высоконадежных ап-
паратных компонентов, выпускающихся большими сериями
солидными фирмами с целью снижения стоимости системы;
реализация УСПД с единым, модульным, прикладным про-
граммным обеспечением на различных платформах для обес-
печения гибкой адаптации к любому объекту.

Устройства сбора, обработки и передачи данных (УСПД)
серии RTU-300 предназначены для сбора, обработки, хране-
ния данных, собранных со счетчиков электроэнергии, и
передачи их на верхний уровень. Они предназначены для
работы в иерархических системах коммерческого и техни-
ческого учета энергии и мощности (АСКУЭ) с распределен-
ной обработкой. На базе УСПД строятся локальные (объекто-
вые) системы, которые являются одним из основных ком-
понентов систем АСКУЭ. Пример структурной схемы ло-
кального построения системы Альфа СМАРТ приведен на
рис. 3.2.

В семейство УСПД входят три серии устройств RTU-300,
RTU-310, RTU-320. Общими компонентами для всех типов
УСПД являются: система корпусов с защитой IP65; плата
управления с жидкокристаллическим дисплеем, клавиатурой
и оптопортом; кросс-блок для ввода кабелей; источник пита-
ния для импульсных приемопередатчиков электросчетчиков;
модем, УСПД отличаются типом контроллеров и могут нара-
щиваться, как за счет перехода от одной серии УСПД к дру-
гой, так и путем включения дополнительных модулей в кон-
троллеры. Основные технические характеристики УСПД
RTU-300, RTU-310, RTU-320 приведены в табл. 3.1. Основными

Таблица 3.1

Основная техническая характеристика УСПД Альфа СМАРТ

Характеристика	Тип УСПД		
	RTU-320	RTU-310	RTU-300
Тип процессора	М68302 и  TIMSP430	М68360 и  TIMSP430	M68040 (MC68060) и TIMSP430
DRAM	512 КБ-1,5 МБ	1-4 МБ	2-32 МБ
SRAM	64-256 КБ	256 КБ-2 МБ	1-4 МБ
FLASH	1-2 МБ	1-2 МБ	2-4 МБ
Поддержка Ethernet	Нет	Да	Да
Поддержка Profibus	Нет/Да	Да	Да
RS485	Нет/Да	4 (max)	32 и больше*
RS232 полный	1	4 (max)	32 и больше
RS232 неполный	l(Rx, Тх, DTR, CTS Gnd)	2(Rx, Тх, Gnd)	2 и больше
DIN входы	16	80	256 и больше
Частота опроса (из	1, 3, 5	1, 3, 5	1, 3, 5
двух рядов), мин	15, 30	15, 30	15, 30
Продолжение табл. 3.1

Характеристика	Тип УСПД		
	RTU-320	RTU-310	RTU-300
Возможность одно- временной работы с различными час- тотами опроса	Да	Да	Да
Рабочая темпера- тура, °C	-40...+85	-40...+ 85	-40...+ 85
Энергонезависимая память	Да	Да	Да
Сезоны	4(12)	4(12)	4(12)
Тарифы, до	48	48	48
Масса, кг, не более	5	8	9
Габаритные разме- ры, мм	260x230x330  260x230x140	260x230x330	260x230x330
 Для RTU-300 «и	больше» соответствует шкафной конструкции.		

функциями УЧПД RTU-300 являются: сбор информации со
счетчиков и датчиков первичных измерений; обработка пер-
вичных измерений; ведение архивов; контроль работоспособ-
ности локальной системы; коммуникации с вышестоящим и
локальным уровнями; защита от несанкционированного дос-
тупа; настройка (конфигурирование) под конкретный объект;
транспортный режим работы.

Измервтельно-вычвслвтельные комплексы
«ИВК Метронвка - АльфаМет»

ИВК Метроника — АльфаМет является вариантом малой
АСКУЭ, ориентированной на применение на промышленных
предприятиях. При разработке системы и ее программного
обеспечения реализованы следующие функциональные воз-
можности:

суммировать показания электрической энергии несколь-
ких счетчиков;

находить объединенный максимум мощности группы
счетчиков в установленные часы фиксации максимумов
мощности;

организации опросов счетчиков по разным схемам, в зави-
симости от специфики предприятий;
Сервер БД

л=16

л=16

Рис. 3.2. Пример конфигурации системы Альфа СМАРТ иа иижием уровне:
1 — устройства сбора, обработки и передачи данных (RTU-310, RTU-320); 2 —
счетчик АЛЬФА; 3 — счетчик ЕвроАЛЬФА; 4 — счетчик ДЕЛЬТА; 5 — муль-
типлексор МПР16; RS232, RS485 - тип интерфейса; л — максимальное
число счетчиков
организации сбора данных через оптический порт для
предприятий со счетчиками, распределенными по большой
территории при отсутствии хороших каналов связи;

организации сбора данных непосредственно через мульти-
плексоры MSU-12 и МПР-16 для предприятий со счетчиками,
компактно расположенными на небольшой территории (до
километра);

организации сбора данных по коммутируемым телефон-
ным каналам связи через модемы, а также с использованием
радио и ВЧ-связи для предприятий со счетчиками, располо-
женными на значительных расстояниях, при наличии хоро-
ших каналов связи;

постепенного наращивания систем;

обеспечения простоты установки и эксплуатации системы
АСКУЭ;

самостоятельно устанавливать и конфигурировать пользо-
ватели систем программно-технических средств АСКУЭ, с
дальнейшим постепенным наращиванием возможностей сис-
темы.

В рамках решения этих задач и был разработан вариант
малой АСКУЭ ИВК Метроника — АльфаМет, созданы новые
технические средства (мультиплексор МПР-16, интерфейс
RS422/485 для счетчиков АЛЬФА) и программное обеспече-
ние АльфаМет.

ИВК Метроника — АльфаМет 2.19 обеспечивает измере-
ние следующих параметров:

потребление активной и реактивной энергии за заданные
временные интервалы по отдельным счетчикам, заданным
группам счетчиков и предприятию в целом с учетом многота-
рифности;

средние (получасовые) значения активной мощности (на-
грузки) и средний (получасовой) максимум активной мощно-
сти (нагрузки) в часы утреннего и вечернего максимумов на-
грузки по отдельным счетчикам, заданным группам счетчиков
и предприятию в целом.

ИВК также осуществляет функции построения графиков
получасовых нагрузок, необходимых для организации рацио-
нального энергопотребления предприятия.

Возможные способы организации данных со счетчиков
АЛЬФА с использованием радио, ВЧ и телефонной связи, оп-
рос счетчиков напрямую через мультиплексор и оптический
порт представлены на рис. 3.3.

Подсистемы сбора данных программы АльфаМет 2.19
строится как двухуровневая, состоящая из объектов (напри-
144
Рис. 3.3 Архитектура малой АСКУЭ на базе программы АльфаМет 2.19:

1 — радио-модем; 2 — ВЧ-модем; 3 — сетевой модем; 4 — мультиплексор МПР-16; 5 — адаптер; 6 — счетчик ЕвроАЛЬФА;

7 — счетчик АЛЬФА; ПК — персональный компьютер; NB — notebook; п — максимальное число счетчиков; 801—807 —
типы объектов
мер, подстанций) и приписанных к ним счетчиков. Собранная
со счетчиков АЛЬФА информация передается на компьютер
сбора данных предприятия и хранится в его базе данных. Эти
данные можно просмотреть с помощью встроенных средств
АльфаМет, вывести на печать в виде отчетов, формируемых
средствами генерации отчетов АльфаМет, или передать на
файл-сервер, откуда они могут быть доступны другим служ-
бам предприятия (руководству, отделу главного энергетика,
бухгалтерии и т.д.). Информация, считываемая со счетчиков,
доступна также для энергоснабжающих организаций, кото-
рые могут считывать ее как напрямую со счетчиков, так и с
компьютера сбора данных предприятия, используя каналы
радиосвязи, ВЧ-связи, телефонной связи или Notebook. Про-
грамма АльфаМет 2.19 напрямую не поддерживает связь с
объектами верхнего уровня (АО «Энергосбыт»), но это мож-
но организовать с помощью технических средств, имеющихся
на предприятии.

Практическое использование того или иного варианта ор-
ганизации системы определяется техническими возможно-
стями Заказчиков, а также спецификой задач, поставленных
перед Заказчиками. На практике из всех вариантов органи-
зации системы АСКУЭ на предприятии наиболее часто при-
меняются следующие типовые варианты:

организация сбора данных со счетчиков АЛЬФА напрямую
через оптический порт (см. рис. 3.3, объект 806);

организация сбора данных со счетчиков напрямую через
мультиплексор (см. рис. 3.3, объект 801);

организация сбора данных со счетчиков с использова-
нием телефонной связи через модем (см. рис. 3.3, объект
804);

организация сбора данных со счетчиков с использованием
ВЧ-связи через цифровые комплексы ETL500 (см. рис. 3.3,
объект 803).

Измерительные каналы системы АСКУЭ на базе програм-
мы АльфаМет могут быть сформированы путем соединения
следующих технических средств:

счетчиков электроэнергии АЛЬФА, ЕвроАЛЬФА и АЛЬФА
Плюс;

мультиплексоров-расширителей семейств МПР-16;

компьютеров типа IBM PC (уровня не ниже Pentium 100,
оперативной памятью не менее 16 Мб и жестким диском от
1 Гб);

модемов;

радиомодемов;
цифровых комплексов ETL500;

адаптеров АВВ;

оптических устройств UNICOM PROBE (ЕвроУником).

АСКУЭР ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ОАО «ГАЗПРОМ»

Унифицированные проектные решения

Предприятия нефтегазовой промышленности относятся к
предприятиям с энергоемкими производствами, где объем
затрат на энергоресурсы составляют значительную долю в
себестоимости добычи, переработки и транспортировки неф-
ти и газа. Современные требования по энергосбережению, а
именно, снижение платежей за используемые энергоресурсы
за счет совершенствования коммерческого и технического
учета энергоресурсов, а также снижение непроизводитель-
ных потерь энергоресурсов, диктуют необходимость создания
на предприятиях отрасли Автоматизированные систем кон-
троля и учета энергоресурсов (АСКУЭР). По заказу ОАО
«Газпром» ДП АО «Газпроминжиниринг» разработало уни-
фицированные проектные решения (УПР) по созданию
АСКУЭР для компрессорных станций.

В соответствии с указанными УПР система АСКУЭР пред-
назначена для обеспечения:

учета потребляемой электроэнергии и мощности в соот-
ветствии с требованиями предприятия Энергосбыта и дейст-
вующими тарифными соглашениями;

учета потребления тепловой энергии, а также расхода во-
ды и топливного газа на собственные нужды;

оперативного контроля потребляемой мощности и качест-
ва электроэнергии;

формирования отчетных документов.

Перечень контролируемых параметров учета определен
исходя из анализа сложившейся отчетности на базовом пред-
приятии, за которое принято ООО «Сургутгазпром». Данный
перечень, представленный в табл. 3.2, является рекоменда-
тельным и уточняется в процессе проектирования.

АСКУЭР является иерархической системой с распреде-
ленной обработкой данных.

Верхний уровень системы представлен главным центром
сбора и обработки данных в ЦДПУ ОАО «Газпром».

Средний уровень системы представлен центром сбора и
обработки данных в ЦДП предприятий.
Рис. 3.4. Структурная схема АСКУЭ ОАО «Газпром»

ется использовать многотарифный счетчик АЛЬФА той же
фирмы-изготовителя. В качестве альтернативы счетчика
АЛЬФА, с точки зрения ценовых характеристик, могут при-
меняться:
счетчики ПСУЗТА, ПСУ4ТА завода им. Фрунзе, г. Нижний
Новгород;

счетчики ЦЭ6822, ЦЭ6823 ООО «Энергомер», г. Ставро-
поль.

Все предлагаемые первичные средства измерения электро-
энергии соответствуют Российским и международным стан-
дартам (МЭК), внесены в Государственный реестр средств
измерения РФ и имеют Сертификат соответствия.

Выбор средств учета энергоносителей должен производит-
ся исходя из следующих требований:

теплосчетчики, счетчики газа и воды должны иметь циф-
ровой интерфейс для программного считывания данных;

однотипности протоколов считывания данных;

применения в составе счетчиков датчиков расхода с без-
диафрагменными методами измерений.

Предполагается использовать:

теплосчетчик СПТ 941К, СПТ 961К и счетчик (корректор)
газа СПГ 761 К, изготавливаемые НПФ «ЛОГИКА», г. Санкт-
Петербург;

ультразвуковой счетчик — расходомер воды UFM005,
ультразвуковые теплосчетчики UFEC005, UTC1, изготавли-
ваемые фирмой АОО «Теплоприбор», г. Рязань.

Передача информации от приборов учета на сервер АС-
КУЭР осуществляется по физическим линиям или телеком-
муникационным каналам связи в зависимости от удаленности
объекта контроля от сервера АСКУЭР при помощи каналооб-
разующей аппаратуры — мультиплексоров, модемов, адапте-
ров, интерфейсов, контроллеров последовательной связи, ка-
белей, радиостанции и т.д.

В качестве сервера базы данных и рабочих станций кли-
ентов используются персональные компьютеры с процессо-
ром Pentium П-450. В сервер загружаются программы считы-
вания информации с приборов учета нижнего уровня и СУБД
М9 SQL Server 7.0. Взаимодействие Сервера АСКУЭР и рабо-
чих станций осуществляется на сетевом уровне по ЛВС
Ethernet. Организация канала передачи данных коммерческо-
го учета электроэнергии в АСКУЭ Энергосбыта производить-
ся в соответствии с ТУ, выданными Энергосбытом для кон-
кретного объекта. Например, возможны варианты:

1.	Непосредственное считывание информации со счетчи-
ков системой Энергосбыта с использованием телекоммуни-
кационных каналов связи. В этом случае для АСКУЭ потре-
бителей организацией оговариваются интервалы времени, в
течение которых опрос счетчиков запрещен.
Таблица 3.2

Перечень контролируемых параметров и точек учета
расхода энергоресурсов иа компрессорных станциях
магистральных газопроводов

Точка учета	Место установки первичных средств измерения	Параметр учета
1.	Учет потребляемой электроэнергии и мощ- ности:  коммерческий учет  технический учет  учет отпускаемой электроэнергии суб- абонентам  2.	Учет потребляемой воды  3.	Учет расхода топлив- ного газа на котельную  4.	Учет потребляемого тепла  5,	Учет сбросов сточных вод на рельеф	ЗРУ-10 кВ. Камера ввода  ЗРУ-10 кВ. Камеры отходящих линий  КТП-04. Щиток учета на низкой стороне  Насосная II подъема. Вводной коллектор  ГРП котельной.  Трубопровод газа на вводе  Котельная.  Влок подготовки сете- вой воды.  Трубопроводы прямой и обратной сетевой воды  КОС  На выходе установки обеззараживания очищенных стоков	Активная и реактивная мощности Активная мощность  Активная мощность  Расход воды  Расход.  Давление.  Температура  Расход прямой сетевой воды.  Температура прямой и обратной сетевой воды  Расход

Нижний уровень системы представлен локальными систе-
мами учета структурных подразделений предприятий.
АСКУЭР компрессорной станции (КС) рассматривается как
нижний уровень отраслевой АСКУЭ с включением функций
по учету энергоносителей (вода, газ, тепло) и технического
учета электроэнергии. АСКУЭР КС является самостоятельной
подсистемой ИУС КС с информационным взаимодействием с
ИУС ТП и ИУС Э компрессорной станции и передачей дан-
ных энергоучета на уровень предприятия и в Энергосбыт.
АСКУЭР строится как двухуровневая система. Нижний уро-
вень представлен установленными на объектах энергообеспе-
чения счетчиками электроэнергии, теплосчетчиками, счетчи-
ками расхода воды и топливного газа. Верхний уровень пред-
ставлен сервером сбора, обработки и хранения данных энер-
гоучета — Сервер АСКУЭР, рабочими станциями. Сервер
АСКУЭР, рабочие станции (АРМ энергоучета и АРМ электро-
снабжения) объединены ЛВС передачи данных типа Ethernet.

Сервер АСКУЭР в автоматическом режиме с заданным
периодом опроса обеспечивает считывание информации со
счетчиков, установленных на объектах энергообеспечения, и
ее хранение в базе данных с помощью SQL-сервера. На ра-
бочей станции АРМ энергоучета ведется неоперативный кон-
троль и анализ потребления компрессорной станцией всех
энергоресурсов. АРМ энергоучета организуется в подразде-
лении (группе) службы ЭВС, которое занимается анализом и
планированием расхода энергоресурсов по станции и форми-
рованием отчетных документов. Оперативный контроль зна-
чения мощности и контроль качества отпускаемой энергии
электросетями осуществляется с рабочей станции АРМ элек-
троснабжения.

На рис. 3.4. приведена структурная схема АСКУЭ ОАО
«Газпром» и место в ней АСКУЭР компрессорной станции.

АСКУЭР КС должна отвечать следующим техническим ха-
рактеристикам:

Число объектов контроля на предприятии, до..........

Число счетчиков на одном объекте, до................

Число групп на предприятии, до......................

Период опроса счетчиков, с, не менее................

Максимальная длина линии связи по RS485 для одного
сегмента, м.........................................

Режим работы системы................................

512

254

99

20

1200
Круглосуточ-
ный, непрерыв-
ный

АСКУЭР должна обеспечивать защиту от несанкциониро-
ванного доступа к аппаратуре и информации путем примене-
ния системы многоступенчатого доступа к текущим данным и
параметрам настройки системы.

Электрическое питание составляющих АСКУЭР осуществ-
ляется переменным однофазным напряжением 220 В и часто-
той 50 Гц. Для обеспечения качественного питания техниче-
ских средств хранилища информации (сервера АСКУЭР)
должны применяться локальные источники бесперебойного
питания.

Для коммерческого учета электроэнергии предполагается
использовать многофункциональный счетчик электроэнергии
АЛЬФА Плюс фирмы АВВ ВЭИ Метроника, г. Москва. Вклю-
чение счетчика в АСКУЭР осуществляется посредством циф-
ровых интерфейсов RS485 или ИРПС (токовая петля). Для
технического учета электроэнергии и мощности предполага-
2.	Данные, считанные со счетчиков электрической энер-
гии, хранятся в специальном каталоге базы данных Сервера
АСКУЭР. По запросу Энергосбыта данные передаются по
телекоммуникационному каналу в ЦДП Энергосбыта.

Функционирование АСКУЭР осуществляется под управле-
нием специализированного программного обеспечения
«Е-энергоучет», работающего в операционной среде MS
Windows NT. Программное обеспечение включает:

программный модуль коммерческого и технического учета
электроэнергии «Е1-энергоучет»;

программный модуль коммерческого учета воды и пара
«Е2-энергоучет»;

программный модуль коммерческого учета газа «ЕЗ-энер-
гоучет».

Работы по созданию АСКУЭР проходят по определенным
стадиям:

1.	Формирование требований к системе (обследование
объекта и обоснование необходимости создания системы,
разработка требований пользователя к системе).

2.	Техническое задание (разработка и утверждение техни-
ческого задания на создание системы, получение ТУ от Энер-
госбыта).

3.	Рабочий проект (разработка проектных решений на сис-
тему, рабочей документации, и методики метрологического
обеспечения системы, согласование проекта с Заказчиком и
Энергосбытом).

4.	Ввод в действие (комплектация системы и адаптация
программного обеспечения к объекту, монтажные и пуско-
наладочные работы, приемо-сдаточные испытания, аттестация
системы).

5.	Сопровождение системы (выполнение работ в соответ-
ствии с гарантийными обязательствами, техническое обслу-
живание системы).

Далее приводится пример составления технических требо-
ваний к АСКУЭР.

Технические требования к АСКУЭР

1.	Показания к назначению.

1.1.	АСКУЭР должна обеспечить:

коммерческий учет потребляемой электроэнергии и мощ-
ности в соответствии с требованиями Энергосбыта и дейст-
вующими тарифными соглашениями;
технический учет потребляемой электроэнергии и мощно-
сти согласно главной электрической схеме объекта;

учет потребляемой тепловой энергии, учет расхода воды и
топливного газа на собственные нужды;

оперативный контроль потребляемой мощности и качества
электроэнергии;

формирование отчетных документов;

передачу учетной информации на АРМ АКУЭР уровня
предприятия.

1.2.	АСКУЭР должна включать функциональные подсис-
темы:

контроля и учета электроэнергии и мощности — АСКУЭ;

контроля и учета энергоносителей (тепла, воды, газа) —
АСКУЭН.

2.	Требования к первичным средствам измерения.

2.1.	Все первичные средства измерения должны быть вне-
сены в Государственный реестр средств измерения РФ, иметь
сертификат об утверждении типа, проходить первичную и
периодическую поверку в органах Госстандарта.

2.2.	В качестве первичных средств измерения электриче-
ской энергии и мощности должны применятся серийно вы-
пускаемые многотарифные счетчики с цифровым выходным
каналом программного считывания данных.

2.3.	В качестве первичных средств измерения энергоноси-
телей (тепло, газ, вода) должны применяться серийно выпус-
каемые теплосчетчики, счетчики воды, счетчики газа в ком-
плекте с первичными датчиками расхода, давления, темпера-
туры.

2.4.	Теплосчетчики, счетчики воды и газа должны иметь
цифровой интерфейс для программного считывания инфор-
мации.

2.5.	Первичные средства измерения должны обеспечивать:
измерение, накопление, обработку и хранение получасо-
вой учетной информации в течение не менее 35 суток;

отображение информации на ЖКИ счетчика;

формирование и коррекцию астрономического времени и
календаря;

передачу данных в каналы связи;

считывание данных на переносной пульт (переносную
ПЭВМ) с последующей перезаписью в сервер АСКУЭР;

самодиагностику приборов;

сохранность информации при отключении питания;

сохранность данных от несанкционированного до-
ступа.
3.	Требования к метрологическому обеспечению сервера
АСКУЭР.

3.1.	Все аппаратные средства сервера должны иметь сер-
тификат соответствия.

3.2.	Поставляемые алгоритмы и программы обработки дан-
ных должны быть аттестованы в ходе Государственных испы-
таний АСКУЭР с целью утверждения типа.

4.	Требования к агрегатным средствам и каналам связи.

4.1.	Каналообразующая аппаратура и контроллеры после-
довательности связи должны обеспечивать возможность пе-
редачи данных от первичных средств измерения (счетчиков)
в сервер АСКУЭР по следующим видам каналов телекомму-
никации:

радиоканал;

телефонный канал (коммутируемый выделенный);

ВОЛС РРЛ;

физическая линия (прямая связь) по интерфейсу RS-485.

4.2.	Подключение счетчиков к линиям связи должно осу-
ществляться в соответствии с «Руководством по эксплуата-
ции» на каждый тип счетчика.

4.3.	В качестве модемов для коммутируемых телефонных
линий применять Hayes-модемы, имеющие режимы автовы-
зова, автоматического выбора скорости передачи, автоответа,
встроенные протоколы коррекции ошибок.

4.4.	Требования метрологического обеспечения.

4.4.1.	Все агрегатные средства связи должны иметь серти-
фикат соответствия.

4.4.2.	К каналам связи метрологические требования не
предъявляются. 

5.	Требования к взаимодействию с АСКУЭ энергосбыта.

5.1.	Коррекцию времени электросчетчиков коммерческого
учета производит АСКУЭ Энергосбыта.

5.2.	Организация пересечений АСКУЭ Энергосбыта и
АСКУЭ потребителей должна осуществляться в соответствии
с ТУ, выданными Энергосбытом.

6.	Система АСКУЭР должна быть внесена в Государствен-
ный реестр средств измерений РФ, иметь сертификат об ут-
верждении типа, проходить первичную и периодическую по-
верку в органах Госстандарта.

7.	Для вновь вводимых АСКУЭР организация-разработчик
обязана представить следующие документы:

техническое задание на разработку АСКУЭР;

технические условия на систему в целом и на агрегатные
средства измерения, входящие в систему;
техническое описание и инструкция по эксплуатации сис-
темы;

рабочий проект;

методику поверки системы.

8.	Аппаратура АСКУЭР должна отвечать требованиям к
программно-аппаратным средствам защиты (ГОСТ Р50739 —
95), которые должны выполнять:

гарантийное разграничение доступа к информации;

регистрацию событий, имеющих отношение к защищен-
ности информации;

обеспечение доступа только после предъявления иденти-
фикатора и личного пароля;

запрет на несанкционированное изменение конфигурации
системы.
Глава 4

АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ.
СИСТЕМЫ И ИСТОЧНИКИ
БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

4.1. ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ И УНИФИКАЦИИ

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
НА ОБЪЕКТАХ ОАО «ГАЗПРОМ»

Обеспечение надежного электроснабжения является одной
из приоритетных задач газового комплекса. Применение бо-
лее сложного электрооборудования, оснащенного микропро-
цессорными системами управления, компьютерных техноло-
гий, а также телекоммуникационных систем, обеспечиваю-
щих связь и обмен данными между объектами ОАО «Газ-
пром» вызывает необходимость повышения требований к на-
дежности систем электроснабжения. Даже кратковременный
перерыв в электроснабжении такого оборудования может
стать причиной повышенной опасности, вызвать большие
технологические и экономические потери.

Особым элементом в системе обеспечения потребителей
управляющих систем являются аккумуляторные батареи, ко-
торые используются как в нормальном, так и аварийных ре-
жимах работы установок. Существует нагрузка, которая по-
лучает питание от основного источника и лишь при аварий-
ной ситуации — от аккумуляторной батареи. Также имеется
нагрузка, которая должна питаться только от аккумуляторных
батарей. Аккумуляторные батареи являются неотемлемой ча-
стью систем бесперебойного питания.

В настоящее время в основном применяются свинцово-
кислотные аккумуляторы, как малообслуживаемые, так и
герметичные необслуживаемые. Малообслуживаемые — это,
главным образом, аккумуляторы с трубчатыми положитель-
ными и намазными отрицательными пластинами (стандарт
DIN: OPzS). Герметичные — это, чаще всего, аккумуляторы с
абсорбированным в микропористом сепараторе электролитом
и с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM —
Absorbed Glass Mat). В настоящее время данная технология
является самой передовой, аккумуляторы, выполненные по
данной технологии, отличаются высокими электрическими
характеристиками и компактностью. Герметичные аккумуля-
торы с абсорбированным электролитом имеют самую высо-
кую удельную мощность. Соотношение удельной мощности
по сравнению с аккумуляторами других технологий достигает
2:1. Аккумуляторные батареи, применяемые в электропитаю-
щих установках (ЭПУ), выбирают исходя из срока службы,
продолжительности разрядки (короткие и длинные), эксплуа-
тации (циклическая или флотирующая), обслуживания (мало-
обслуживаемые или герметичные необслуживаемые), экс-
плуатационных характеристик и стоимости.

При выборе и эксплуатации стационарные свинцово-
кислотные батареи должны удовлетворять следующим основ-
ным требованиям и предписаниям по обслуживанию.

ТРЕБОВАНИЯ К МАЛООБСЛУЖИВАЕМЫМ АККУМУЛЯТОРНЫМ
БАТАРЕЯМ

1.	Обеспечивать нормальную работу при эксплуатации в
закрытых вентилируемых помещениях при температуре от
— 40 до + 45 °C и без ущерба для эксплуатационных характе-
ристик выдерживать при транспортировке и хранении в упа-
ковке температуру в диапазоне от —50 до +50 °C.

2.	Обеспечивать сейсмостойкость при условии установки в
соответствии с требованиями изготовителя. Аккумулятор
должен сохранять работоспособность при сейсмическом воз-
действии со значениями ускорений 0,9д и 0,6д — в горизон-
тальном и вертикальном направлениях соответственно, а
также при их одновременном воздействии в частотном диа-
пазоне от 3 до 35 Гц.

3.	Аккумуляторы должны иметь герметичное соединение
крышки с баком и пробкой, выдерживать избыточное или
уменьшенное по сравнению с атмосферным давление на
20 кПа, должны иметь специальные агломерированные кера-
мические фильтр-пробки, чтобы исключить выход газа, аэро-
золи и электролита из аккумулятора.

4.	Желательно, чтобы контейнеры для малообслуживаемых
аккумуляторов были из прозрачной пластмассы, что облегчит
их обслуживание.
5.	Аккумуляторы в сухом виде (без электролита) не долж-
ны иметь электрической проводимости. Внутреннее сопро-
тивление заряженных аккумуляторов не должно превышать
установленных значений.

6.	Серная кислота (H2SO4) должна соответствовать ТУ на
чистоту, предусмотренными стандартами BS 3031 и VDE 0510,
удельный вес кислоты для батарей с пластинами «Планте»:
1,20 кг/л ±0,005 при +20 °C и для других типов 1,22 кг/л
±0,005 при +20 °C. Плотность электролита заряженного ак-
кумулятора должна составлять 1,24 кг/л ±0,01 при 20 °C.

7.	Емкость аккумулятора должна соответствовать стандар-
ту DIN 40736, а также стандарту IE С. Ряд аккумуляторов од-
ного наименования должен обеспечивать возможность как
можно более точно подобрать требуемую емкость.

8.	Эксплуатация аккумуляторов в батарее производиться в
режиме постоянного подзаряда напряжением 2,23 BxN ±1 %,
где N — число элементов в батарее. При этом отклоне-
ние напряжения на отдельных элементах может составлять
+ 0,1В ... —0,05 В. Допускается эксплуатация подзаряда
2,23 BxN ± 2 %, при этом срок службы аккумуляторов может
снизиться на 15 %.

9.	Аккумуляторы должны иметь 95 % номинальной емкости
на первом цикле при 10, 5, 3, 1, 1/2, 1/6 — часовых режимах
разряда и 100 % емкости на третьем цикле. Номинальной ем-
костью аккумулятора считается емкость при 10-часовом раз-
ряде до конечного напряжения разряда 1,8 В на элемент и
начальной плотности электролита 1,24 кг/л.

10.	Во избежания глубоких разрядов аккумуляторы не
должны разряжаться ниже значений конечных напряжений,
указанных в документации на данный тип аккумулятора. Ак-
кумуляторы должны допускать без ущерба для своих экс-
плуатационных характеристик кратковременные разряды до
конечного напряжения 1,35 В на элемент. Аккумуляторы
должны обеспечивать кратковременный (1 мин) разряд током
1,39 СщА, конечное напряжение на аккумуляторе не должно
быть ниже 1,45 В.

11.	Саморазряд полностью заряженных аккумуляторов при
30-ти суточном бездействии не должен превышать 3 % при
температуре +20 °C и удваиваться с повышением температу-
ры на каждые + 10 °C.

12.	Аккумуляторы должны обеспечивать продолжитель-
ность работы в соответствии со значениями, определенными
заводом-изготовителем. Срок службы аккумуляторов связан с
такими параметрами, как ток постоянного подзаряда, напря-
158
жение подзаряда, температура окружающей среды, характе-
ристики зарядного агрегата, качество обслуживания.

13.	В течение всего срока службы допустимо возникнове-
ние отказов, влияющих на работоспособность аккумуляторов,
не более чем на одном аккумуляторе в год из 10000 находя-
щихся в эксплуатации.

14.	Сохранность аккумуляторов без электролита (в заво-
дской упаковке) от даты выпуска до приведения в рабочее
< остояние должна быть не менее четырех лет.

ТРЕБОВАНИЯ К ГЕРМЕТИЧНЫМ НЕОБСЛУЖИВАЕМЫМ
АККУМУЛЯТОРНЫМ БАТАРЕЯМ

1.	Обеспечивать нормальную работу при эксплуатации при
температуре от —10 до +45 °C (рекомендуемая температура
+ 20 °C) и без ущерба для эксплуатационных характеристик
выдерживать при транспортировке и хранении в упаковке
температуру в диапазоне от — 50 до + 50 °C.

2.	Обеспечивать сейсмостойкость при условии установки в
(оответствии с требованиями изготовителя. Аккумулятор
должен сохранять работоспособность при сейсмическом воз-
действии со значениями ускорений 0,9р и 0,6р — в горизон-
тальном и вертикальном направлениях соответственно, а
также при их одновременном воздействии в частотном диа-
пазоне от 3 до 35 Гц. По требованию заказчика должна пре-
дусматриваться возможность дополнительного усиления кон-
струкции аккумуляторной батареи для сохранения работо-
способности в сейсмоопасных районах.

3.	Аккумуляторы должны быть герметизированы в выводах
и в соединениях крышки с корпусом, выдерживать избыточ-
ное или уменьшенное по сравнению с атмосферным давле-
ние на 20 кПа при температуре +25 °C ±10 °C. Аккумулято-
ры должны выдерживать относительную влажность до 85 %
при температуре 20 °C и пониженное атмосферное давление
до 53 кПа.

4.	Герметичные аккумуляторы не должны требовать
дополнительной доливки дистиллированной воды в электро-
лит и должны предназначаться для работы в исходном герме-
тичном состоянии на протяжении всего срока службы. Ак-
кумуляторы должны быть пожаро-взрывобезопасными и
не выделять газов при снятии емкости в режимах, установ-
ленных ТУ.

5.	Аккумуляторы должны выпускаться в корпусах из ак-
рилбутилстирола (ABS). На корпусе не допускается наличия
трещин и сколов, а также повреждения выводов. Конструк-
ция герметичных аккумуляторов должна исключать выброс
аэрозоли электролита и обеспечивать возможность их уста-
новки в одном помещении с электронным оборудованием и
персоналом без применения принудительной вентиляции.
Аккумуляторы должны быть снабжены системой аварийного
снятия высокого внутреннего давления.

6.	Внутреннее сопротивление аккумуляторов не должно
превышать установленных значений, определенных при зна-
чении температуры 20 °C и степени заряда аккумуляторов.

7.	Емкость аккумулятора должна соответствовать стан-
дарту DIN 4534, а также стандарту IEC 896-2, BS 6290. Ряд ак-
кумуляторов одного наименования должен обеспечивать
возможность как можно более точного подбора требуемой
емкости.

8.	Аккумуляторы должны быть рассчитаны на включение в
батареи, работающие в буферном режиме или режиме по-
стоянного подзаряда и полностью сохранять свою емкость
при поддержании на них среднего напряжения 2,27 В/на
элемент ±1 %. Допускается напряжение 2,27 В/на элемент
±2 %, при этом срок службы аккумуляторов может сократить-
ся.

9.	Напряжение постоянного подзаряда в зависимости от
температуры окружающей среды должно поддерживаться в
соответствии со следующими данными:

Напряжение подразряда, В.	2,37	2,31 2,27	2,25	2,21

Температурный диапазон, °C 	-10-0 0—15 15 — 25 25 — 35 35 — 45

Если температура окружающего воздуха, при которой ис-
пользуется батарея, колеблется в пределах +10 °C, то реко-
мендуется вводить поправку напряжения постоянного подза-
ряда U/T = -3 мВ/°С.

10.	Время подзарядки разрешается сокращать путем уве-
личения напряжения на аккумулятор UMiRC = 2,40 В на эле-
мент.

И. Заряд аккумуляторов рекомендуется проводить при по-
стоянном напряжении с ограниченным током (Дакс = 0,ЗСю).
Для избежания перезарядки аккумуляторов, приводящей к
снижению срока службы, рекомендуется проводить заряд в
режиме постоянного подзаряда напряжением U = 2,27 В на
элемент, при температуре 20 °C.

12.	Для избежания глубоких разрядов аккумуляторов в ба-
тарее конечное напряжение разряда отдельных аккумулято-
ров должно быть не менее следующих значений:
Время разряда, ч.... до 1 1—3	3 — 5	5—10

Конечное напряжение, В 	1,60 1,65	1,70	1,75

13.	После полного или частичного разряда аккумуляторы
необходимо сразу установить на заряд (подзаряд).

14.	Аккумуляторы должны обеспечивать кратковременный
(1 мин) разряд током 1,39 С(оА. Конечное напряжение на ак-
кумуляторе не должно быть ниже 1,55 В на элемент.

15.	Характеристики саморазряда должны быть такими,
чтобы при полугодовом бездействии при температуре окру-
жающего воздуха 20 °C остаточная емкость на аккумуляторе
должна быть не менее 75 % от номинальной. При этом само-
разряд аккумуляторов будет увеличиваться с увеличением
температуры и уменьшаться с ее понижением.

16.	Срок службы аккумуляторов должен быть не менее
К) лет при выполнении требований эксплуатации. Неко-
торые типы аккумуляторов могут иметь меньший срок служ-
ен, при этом некоторые их параметры должны быть лучше.
I (апример, такие аккумуляторы могут иметь меньшие га-
баритные размеры, вес, более высокие разрядные характери-
(тики.

17.	На протяжении всего срока службы батареи допусти-
мое число отказов может составлять 1 из 1000 эксплуатируе-
мых аккумуляторов в год.

При организации поставки и эксплуатации свинцово-
кислотных аккумуляторных батарей необходимо обратить
внимание на следующее.

1.	Аккумуляторы могут поставляться в следующем виде:

с сухозаряженными пластинами без электролита (для ма-
лообслуживаемых) ;

с сухозаряженными пластинами в комплекте с электроли-
том (для малообслуживаемых);

заряженные и заполненные электролитом (для малообслу-
живаемых и герметичных).

2.	Комплектность аккумуляторных батарей должна быть
достаточной для обеспечения надлежащего монтажа батарей,
нормальной их работы в течение всего срока службы и обес-
печения необходимого обслуживания.

3.	Комплектация разделяется на необходимую и достаточ-
ную.

Необходимый комплект оборудования должен поставляться
всегда. Он включает: элементы, межэлементные перемычки,
транспортные пробки (для малообслуживаемых), керамиче-
ские фильтр-пробки, комплект документации.
Достаточный комплект оборудования поставщик должен
оговаривать с заказчиком. Он может включать: стеллажи,
приспособления для монтажа и эксплуатации, электролит,
ареометры, вольтметры, зарядные устройства и другое.

4.	Технические характеристики аккумуляторного элемента
должны соответствовать маркировке.

5.	Упаковка аккумуляторов должна обеспечивать их безо-
пасную транспортировку и хранение.

6.	Помещения для установки аккумуляторов должны соот-
ветствовать установленным требованиям.

7.	На заводе-изготовителе аккумуляторы должны быть
приняты партиями и подвергнуться проверке по сплошному
или выборочному плану в установленном объеме и последо-
вательности. Должны проверяться внешний вид, комплект-
ность, маркировка, габаритные размеры, масса, электриче-
ские характеристики, сейсмо- и вибростойкость. Все испыта-
ния, условия которых не оговорены в ТУ проводят при нор-
мальных климатических условиях:

Температура окружающего воздуха, °C........ + 25	+10

Относительная влажность воздуха, %................. 45	— 80

Атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.)...... 84—107	630 — 800

8.	Эксплуатация аккумуляторов должна производиться в
соответствии с техническим описанием и инструкцией по
монтажу и эксплуатации. Монтаж аккумуляторов в батареи
должен производиться непосредственно на месте их эксплуа-
тации в соответствии с проектной документацией для данно-
го объекта.

Поставляемое аккумуляторное оборудование должно со-
провождаться технической документацией, к которой предъ-
являются следующие требования:

1.	Техническая документация является неотъемлемой ча-
стью комплекта поставки аккумуляторного оборудования.

2.	Техническая документация для аккумуляторного обо-
рудования, предназначенного для эксплуатации на тер-
ритории Российской Федерации, должна быть на русском
языке. Некоторые второстепенные виды технической доку-
ментации могут быть на языке завода-изготовителя. По тре-
бованию Заказчика они должны быть переведены на русский
язык.

3.	Объем технической документации должен быть доста-
точным для проведения монтажа, ввода в эксплуатацию,
эксплуатации, ремонта и обслуживания аккумуляторных ба-
тарей.
4.	Техническая документация, как правило, должна вклю-
чать в себя следующие разделы: инструкцию по монтажу и
вводу в эксплуатацию; инструкцию по эксплуатации; инст-
рукцию по обслуживанию; технические условия; указания по
технике безопасности; технические характеристики оборудо-
вания; установочные чертежи стеллажей и схемы электриче-
ских соединений.

4.2. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ VARTA

Высокоресурсные промышленные батареи серии VARTA-
блок предназначены для универсального применения в уста-
новках резервного питания с высокими требованиями безо-
пасности эксплуатации. Применяются для резервного обес-
печения питанием в электростанциях, трансформаторных
подстанциях, системах бесперебойного электроснабжения,
системах безопасности. Батареи серии VARTA-блок могут ра-
ботать как в режимах кратковременной разрядки большими
токами, так и в режимах длительной нагрузки. Отличаются
повышенной энергоемкостью. Не требуют обслуживания в
течение первых пяти лет эксплуатации. В табл. 4.1 приведены
технические данные аккумуляторных батарей серии
Vb 12101...4118.

Основные конструктивные элементы батарей серии
Vb 12101...4118 следующие:

положительный электрод — стержневая пластина с селе-
новым легированным покрытием;

отрицательный электрод — пастированная решетчатая
пластина из свинцового сплава;

электролит — раствор серной кислоты плотностью
1,24 кг/л;

комбинированный сепаратор из микропористой и гофри-
рованной частей;

корпус из акрилбутадиенстирола или негорючей пласт-
массы.

Батареи предназначены для работы при температуре ок-
ружающей среды от 0 до 55 °C.

Выбор типа и числа элементов батареи осуществляется по
таблицам проектировочных данных в каталогах. Далее приве-
ден пример выбора.

Установка бесперебойного питания должна обеспечивать
потребителей постоянным номинальным напряжением 220 В
а>

Таблица 4.1

Технические характеристики аккумуляторных батарей Vb 12101...4118

Тип батареи	Емкость, (Ач)/Конечное напряжение разряда, В					Габаритные размеры, мм			Масса, кг	
	Сю/14	Са/<А	Cs/IA	Сз/Ук	с,/ик	L	В	Н	Об- щая	Элек- тролита
			12 В блок батареи							
12101	18,0/1,8	17,8/1,75	16,2/1,79	15,0/1,775	11,6/1,74	221	176	277	23,1	3,9
12102	36,0/1,8	35,6/1,75	32,4/1,79	30,0/1,775	23,2/1,74	221	176	277	24,4	5,2
12103	54,0/1,8	53,4/1,75	48,6/1,79	45,0/1,775	34,8/1,74	311	176	277	34,5	7,7
12104	72,0/1,8	71,2/1,75	64,8/1,79	60,0/1,775	46,4/1,74	389	176	277	43,8	9,7
12105	90,0/1,8	89,0/1,75	81,0/1,79	75,0/1,775	58,0/1,74	469	176	277	53,3	11,8
12106	108/1,8	106,8/1,75	97,2/1,79	90,0/1,775	69,6/1,74	553	176	277	63,0	14,0
				6 В блок батареи						
6114	128/1,8	127,0/1,75	118,0/1,78	110,4/1,77	84,0/1,73	284	229	332	42,8	13,2
6115	160/1,8	158,8/1,75	147,5/1,78	138,0/1,77	105,0/1,73	284	229	332	47,0	12,1
6116	192/1,8	190,5/1,75	177,0/1,78	165,6/1,77	126,0/1,73	284	229	332	51,3	11,3
				4 В блок батареи						
4117	224/1,8	222,3/1,75	206,5/1,78	193,2/1,77	147,0/1,73	249	229	332	41,3	10,5
4118	256/1,8	222,3/1,75	236,0/1,78	220,8/1,77	168,0/1,73	249	229	332	44,3	10,1
с отклонением ±10 % (£7макс = 242 В, [7МИН = 197,6 В). В те-
чение часа батарея должна обеспечивать постоянный ток
200 А. При параллельном резервном режиме эксплуата-
ции допускается максимальное напряжение заряда U,ap. эл =
= 2,23 В на элемент. Определить число и тип элементов.

Требуемое количество элементов составляет

К = (Умакс/^зар. эл = 242/2,23 = 108 элементов.

Напряжение на элемент в конце разряда должно быть не
менее

Umhh/K = 197,6108 = 1,83 В на элемент.

Тип батареи определяется с помощью каталожной таблицы
(табл. 4.2) с признаком [7К0„ = 1,83 В на элемент. В первой
строке таблицы находят время разряда — 1 ч, опускаются по
столбцу до ближайшего большего по сравнению с заданным
тока разряда и, двигаясь по строке влево, определяют тип
батареи. В данном примере для установки бесперебойного
питания следует применить батарею из 108 элементов типа
Vb2308 (400 А-ч).

При вводе в эксплуатацию осуществляется заливка и
заряд элементов аккумуляторных батарей. Элементы запол-
няются разбавленной серной кислотой (H2SO4) плотностью
1,24 кг/л. Если исходным материалом для заливки является
концентрированная серная кислота, то она разбавляется дис-
тиллированной водой (максимальная удельная электропрово-
димость 30 мкСм/см) до достижения нужной концентрации.
Температура электролита должна быть в пределах от 15 до
30 °C. Заливка осуществляется до уровня на 10 мм ниже от-
метки «шах». Повышение температуры снижает, а пониже-
ние увеличивает плотность электролита. Коэффициент изме-
нения плотности электролита с изменением температуры на
1 °C составляет — 0,0007 кг/л. Через час после заливки сле-
дует в каждом десятом элементе проверить температуру и
плотность электролита. Время пропитки залитой батареи до
начала заряда должно составлять от 2 до 15 ч. В случае, если
к моменту заряда повышение температуры составило меньше
5 °C и плотность электролита упала менее чем на 0,02 кг/л, то
достаточно упрощенного метода заряда (см. далее методы
разряда п. 1). Обычно применяют методы заряда согласно
(см. также пп. 2 или 3). В случае более высоких отклонений
указанных показателей заряд проводят по п. 4.

Заряд должен быть осуществлен полностью, без перерыва
с постоянным контролем и протоколированием параметров в
Таблица 4.2

Значения разрядного тока (в А) для £/кон = 1,83 В на элемент

Тип батареи	Время разряда																	
	0,5 мин	1 мин	2 мин	3 мин	5 мин	7 мин	10 мин	15 мин	20 мин	30 мин	1 ч	2 ч	Зч	4 ч	5 ч	6 ч	8 ч	10 ч
2305	325	325	325	305	300	290	272	250	230	195	138	87	66	52	45	38	30	25
2306	300	390	390	366	360	348	327	300	276	234	166	105	79	63	54	46	36	30
2307	455	455	455	427	420	406	381	350	322	273	193	122	92	73	63	54	42	35
2308	520	520	520	488	480	464	436	400	368	312	221	140	105	84	72	62	48	40
2309	585	585	585	549	540	522	490	450	414	351	249	157	118	94	81	69	54	45
2310	650	650	650	610	600	580	545	500	460	390	277	175	132	105	90	77	61	50
2311	715	715	715	671	660	638	599	550	506	429	304	192	145	115	99	85	67	55
2312	780	780	780	732	720	696	654	600	552	468	332	210	158	126	108	93	73	60
прилагаемом при поставке формуляре. Температура электро-
лита при зарядке не должна превышать 55 °C, иначе заряд
следует прекратить.

Методы заряда:

1.	Упрощенный при постоянном напряжении заряда (ха-
рактеристика IU).

Заряд осуществляется с рабочим напряжением, равным
числу элементов, умноженному на 2,23 В на элемент с допус-
тимым отклонением напряжения в пределах ±1 %. Через 24 ч
батарея полностью заряжена. Выравнивание плотности элек-
тролита под пластинами до номинального значения может
продолжаться до б мес.

2.	Заряд с постоянным напряжением (характеристика IU)

Заряд осуществляется на зарядных устройствах, оснащен-
ных ступенью повышенного зарядного напряжения 2,33 —
2,40 В на элемент при отключенном потребителе. Номиналь-
ный ток зарядного устройства должен составлять минимум
О,5Ло- Время заряда от 12 до 24 ч. После чего переключают
напряжение заряда на уровень подзаряда 2,23 В на элемент.
Время достижения минимальной плотности электролита мо-
жет длиться несколько дней.

3.	Заряд с постоянными характеристиками (характеристи-
ка I) или падающим (характеристика W) током.

До достижения напряжения газообразования 2,40 В на
)лемент токи заряда не ограничиваются. Как начальный ре-
комендуется ток заряда 1 До. После достижения напряжения
газообразования токи заряда не должны превышать значений
в табл. 4.3. Заряд продолжается до того момента, когда на-
пряжение на всех элементах достигнет значения не меньше
2,60 В, плотность электролита поднимется до номинального
(±0,01 кг/л) значения и' эти параметры не будут изменяться в
течение 2 ч. Затем осуществляется переключение на поддер-
живающее напряжение 2,23 В на элемент, Время заряда со-
ставляет 6 — 12 ч.

Таблица 4.3

Предельные значения токов заряда аккумуляторов серия Vb
на каждые 100 Ач С10 по характеристикам /и W

Характеристика	Ток зарядки, А	Напряжение на элемент, В
1	5	2,6-2,75
W	7	2,40
W	3,5	2,65
4.	Расширенный заряд по вводу в эксплуатацию.

Осуществляется в случае продолжительного хранения ба-
тарей или воздействия климатических факторов в течение
четырех этапов.

Дополнительная информация, нормы и предписания ука-
заны в специальных руководствах фирмы-производителя ак-
кумуляторных элементов батарей.

4.3.	СИСТЕМЫ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Для электрических сетей общего назначения Российской
Федерации характерны невысокая надежность электроснаб-
жения и низкое качество электроэнергии. На снижение на-
дежности и качества электрической энергии влияет несоот-
ветствие характеристик производителей и потребителей
электроэнергии, что особенно проявляется в переходных ре-
жимах работы нагрузки и источников. Связываются также
устаревшие схемы электрических сетей, износ и ухудшение
технических параметров оборудования, наличие преобразова-
телей электроэнергии с низкими характеристиками, природ-
но-климатические факторы, диверсии и ошибки управления в
электрических сетях. В этих условиях создание системы бес-
перебойного питания (СБП) является важной предпосылкой
устойчивой работы оборудования, чувствительного к перебо-
ям в электроснабжении и к ухудшению качества электро-
энергии. В нефтегазовой промышленности СБП должны
обеспечить надежную бесперебойную работу оборудования
наиболее ответственных потребителей 1-й категории, вклю-
чая потребителей особой группы, в случаях: длительных (не
менее суток) исчезновениях напряжения на двух вводах пи-
тающей сети; кратковременных провалах напряжения пи-
тающей сети; импульсных и кратковременных перенапряже-
ний; электрического шума (электромагнитная интерферен-
ция, приводящая к нарушению синусоидальной формы пи-
тающего напряжения).

К потребителям электрической энергии особой группы
1-й категории относятся:

локальные вычислительные сети;

системы КИПиА, АСУ, связи;

охранная и пожарная сигнализация (включая охранное те-
левидение);

аварийное освещение,
.1 также другие потребители в соответствии с назначением
। >Пъекта.

К потребителям электрической энергии 1-й категории от-
носятся:

объекты добычи, транспортировки газа и нефтепродуктов;

подземные хранилища газа;

котельные установки;

системы пожаротушения;

рабочее освещение;

собственные нужды СБП,

а также другие потребители с соответствующими нормами
и назначением объекта.

Расчет потребляемой мощности, сечения силовых кабелей
и проводов для питания оборудования особой группы 1-й ка-
тегории должен производиться в соответствии с их паспорт-
ными данными. При отсутствии данных на оборудование ин-
формационных технологий в проектах рекомендуется:

Показатели нагрузки, кВ А:
одно автоматизированное рабочее место.............. 0,43

один сервер....................................... 3

активное сетевое оборудование на 100 рабочих мест.	1.4

один прибор КИПиА................................. 0,3

Коэффициент использования рабочих мест.............. 0,8

Основными компонентами СБП являются вводные распре-
делительные устройства (ВРУ) и источники бесперебойного
питания (ИБП). Наряду с ИБП в систему питания объектов
ОАО «Газпром» могут включаться дизель-генераторные уста-
новки (ДГУ), при этом реализуется схема системы беспере-
бойного гарантированного электропитания — СБГЭ.

В соответствии с ПУЭ п. 1.2.18 питание потребителей 1-й
категории должно обеспечиваться от двух независимых
взаиморезервирующих источников, для потребителей особой
группы 1-й категории должен предусматриваться и третий
независимый взаиморезервирующий источник. Организация
ввода электрической энергии от независимых источников
питания производится в ВРУ. В типовых решениях систем
питания с использованием ДГУ часто в помещениях с ВРУ
устанавливаются устройства автоматического включения ре-
зервного питания (АВР).
4.4.	ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Устанавливаемые на объектах ОАО «Газпром» ИБП долж-
ны отвечать требованиям ГОСТ 27699 — 88 и ГОСТ Р 50745 —
95, а их производство должно быть сертифицировано по
стандарту ISO9001. Основными задачами ИБП в системе бес-
перебойного питания являются:

обеспечение питания ответственных потребителей на вре-
мя не менее 15 мин при нарушениях в работе электрической
сети;

повышение качества электрической энергии, получаемой
от питающей сети и поступающей к ответственным потреби-
телям;

создание гальванической развязки электрическая сеть —
ответственный потребитель для решения вопросов электри-
ческой безопасности.

ИБП в составе СБП должны:

работать в широком диапазоне изменения входного на-
пряжения (не менее ±15 %);

иметь как можно более близкое к единице значение ко-
эффициента входной мощности, что позволяет наиболее кор-
ректно работать совместно с ДГУ;

иметь высокую перегрузочную способность (не менее
200 % в течение 1 мин и 125 % в течение 10 мин) и устойчи-
вость к большим фазовым перекосам;

иметь коэффициент гармонических искажений на входе
не более 8 %;

иметь КПД не ниже 92 — 94 %;

иметь в своем составе (или иметь возможность подключе-
ния) разделительный трансформатор;

иметь возможность параллельного включения однотипных
систем;

при переходе на питание от аккумуляторной батареи пе-
реключаться без разрыва синусоиды (система on-line);

иметь удобную и гибкую систему управления;

использовать высококачественные герметичные необслу-
живаемые свинцово-цинковые кислотные аккумуляторные
батареи со сроком службы до 10 лет;

обладать развитым программным обеспечением (монито-
ринг, автоматическое управление локальной вычислительной
сетью, удаленное оповещение);

быть удобными в обслуживании и ремонте.

Источники бесперебойного питания, работающие в соста-
ве СБП (или СБГЭ) предъявляют определенные требования
170
к сетям, нагрузке, вспомогательным системам, помещениям
и т-Д-

Требования к сетям и нагрузке:

питающая сеть до ИБП выполняется 3-х фазной 4-х или
5-и проводной с номинальным напряжением до 380 В;

питающая сеть от ИБП до групповых распределительных
щитков выполняется 3-х фазной 5-и проводной с номиналь-
ным напряжением 380 В;

распределительная сеть от групповых щитков до токопри-
емников должна быть однофазной, 3-х проводной;

потери напряжения в распределительных сетях от ИБП
до самого удаленного токоприемника не должны превышать
3,0 %;

нагрузка по фазам должна быть распределена равномерно.

Требования к системе пожаробезопасности:

электропомещения СБП по пожарной опасности относятся
к категории «Г»;

специальных требований к системе пожаротушения в по-
мещении, где размещается оборудование СБП, не предъявля-
ется.

Требования к системе заземления и зануления:

заземления объектов ОАО «Газпром» должны объединять
в себе функции трех систем: системы защитного заземления;
системы технологического заземления; системы заземления
молниезащиты;

на объектах с ИБП для измерительной техники и средств
связи должны быть выполнены две системы заземления —
,ащитное и технологическое (рабочее); защитное и техноло-
гическое заземления могут быть выведены на одно зазем-
ляющее устройство;

действующее значение тока в нулевом проводе в выделен-
ных сетях с компьютерами в 1,5—1,8 раза превосходит ток в
фазном проводе, поэтому сечение нулевого провода должно
определяться по нагреву согласно ПУЭ гл. 1.3 и в любом слу-
чае должно быть не менее сечения фазного провода;

все металлические, нормально не находящиеся под напря-
жением части электроустановки, должны быть присоединены
к защитному заземлению;

средства информационных технологий (компьютеры, сер-
веры и прочее оборудование) должны быть присоединены к
системе технологического заземления;

в качестве заземлителей технических средств измеритель-
ной техники, связи и информационных технологий рекомен-
дуется использовать искусственные заземлители, не следует
использовать трубопроводы, водоводы и оболочки кабелей,
выходящие за пределы контролируемой зоны;

при отсутствии особых требований предприятий-изготови-
телей сопротивление заземляющего устройства не должно
превышать 4 Ом в любое время года.

Требования к помещениям для размещения ИБП и аккуму-
ляторных батарей:

ИБП должны размещаться в специально подготовленных
помещениях. Подготовка помещений производится в соответ-
ствии с требованиями ПУЭ гл. 4.3, а также требованиями
технической документации предприятий-изготовителей;

при подготовке помещений для размещения аккумулятор-
ных батарей необходимо учитывать, что в СБП используются
герметичные необслуживаемые свинцовые (свинцово-цинко-
вые) кислотные батареи;

в соответствии с требованиями ПУЭ п. 4.4.30 герметичные
аккумуляторные батареи ИБП могут устанавливаться в общих
производственных невзрыво- и непожароопасных помещени-
ях при условии установки над ними вентиляционного зонта;
при этом класс помещений в отношении взрыво- и пожаро-
опасности не изменяется;

помещения аккумуляторных батарей должны быть изоли-
рованы от попадания в них пыли, испарений и газа, а также
от проникновения воды через перекрытия, они также долж-
ны быть и легко доступны для обслуживающего персонала;

системы водяного отопления в пределах помещений с ак-
кумуляторными батареями должны выполняться гладкими
трубами, соединенными сваркой; фланцевые соединения и
установка вентилей на системах отопления в пределах таких
помещений не допускается;

помещения с установленными в них герметичными акку-
муляторными батареями относится к производствам катего-
рии «Г» и должны размещаться в зданиях не ниже II сте-
пени огнестойкости по противопожарным требованиям; две-
ри и оконные рамы этих помещений могут быть деревян-
ными;

помещения аккумуляторных батарей допускается выпол-
нять без естественного освещения; допускается также раз-
мещение аккумуляторных батарей в сухих подвальных поме-
щениях.

Требования к системам вентиляции и кондиционирования:

используемые технологические системы кондиционирова-
ния должны обеспечивать круглосуточный и круглогодичный
режим фильтрации воздуха, вентиляции и охлаждения поме-
172
щения при эксплуатации в диапазоне температур наружного
воздуха от — 35 до + 40 °C;

системы кондиционирования должны обладать автоном-
ным режимом охлаждения, который обеспечивает эксплуата-
цию оборудования при отключении основного питания в те-
чение заданного времени;

в проектах должны использоваться энергосберегающие
системы кондиционирования;

в помещениях для аккумуляторных батарей необходимо
обеспечивать кондиционирование воздуха для круглогодично-
го обеспечения температуры в интервале от +15 до + 25 °C
и влажности до 85 % (при температуре свыше 25 °C резко
снижается срок службы батарей, а при температуре ниже
+ 15 °C снижается емкость батарей).

Требования к защите от несанкционированного доступа:

все помещения СБП должны быть защищены от несанк-
ционированного доступа, должны иметь закрывающиеся на
замок двери и быть оборудованы охранной сигнализацией.

Выбор типа ИБП производится на стадии разработки про-
ектной документации на СБП. Источники бесперебойного-
питания — устройства, использующие для аварийного пита-
ния нагрузки энергию аккумуляторных батарей. Источник-
бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммути-
рующим устройством, которое в нормальном режиме работы
обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к
внешней питающей электросети, а в аварийном - переводит
ее на питание от аккумуляторных батарей, относят к ИБП
резервного типа (система off-line). Схема ИБП типа off-line в
нормальном режиме приведена на рис. 4.1.

Достоинством ИБП типа off-line является его простота и
невысокая стоимость, а недостатком — ненулевое время пе-
реключения (порядка 4 мс) на питание от аккумуляторных
батарей. Источники типа off-line, как правило, имеют не-
большую мощность и применяются для обеспечения гаранти-
рованного электропитания отдельных устройств (ПК, офисно-
го оборудования) в регионах с хорошим качеством электро-
энергии.

Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме
с коммутирующим устройством (off-line) и дополненный ста-
билизатором входного напряжения (на основе автотрансфор-
матора с переключаемыми обмотками), относят к системам
line-interactive. Преимущество линейно-интерактивных ИБП
по сравнению с ИБП резервного типа заключается в том, что
он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при
Рис. 4.1. ИБП резервного типа «off-line» в нормальном режиме работы:

ЗУ — зарядное устройство (выпрямитель); АБ — аккумуляторная батарея;
И — инвертор; Ф — фильтр

повышенном или пониженном напряжении электросети без
перехода в автономный режим. В итоге аккумуляторные ба-
тареи используются значительно реже и срок их службы су-
щественно увеличивается.

Источник, в котором поступающее на вход переменное се-
тевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в
постоянное, а затем с помощью инвертора снова в перемен-
ное, а аккумуляторная батарея постоянно подключена к вы-
ходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в
автономном режиме, называется ИБП с двойным преобразо-
вателем напряжения и относится к системам on-line. Схема
ИБП с двойным преобразование напряжения приведена на
рис. 4.2. Такая схема построения ИБП обеспечивает практи-
чески идеальное питание нагрузки при любых неполадках в
сети и характеризуется нулевым временем переключения в

Рис. 4.2. ИБП двойного преобразования «on-line» в нормальном режиме
работы:

В — выпрямитель; АБ — аккумуляторная батарея; И — инвертор
автономный режим без возникновения переходных процес-
сов на выходе устройства. К недостаткам схемы с двойным
преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную
сложность, более высокую стоимость, а также снижение об-
щего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразо-
вании напряжения. Источники двойного преобразования мо-
гут искажать форму синусоиды входного напряжения. Для
того, чтобы уменьшить гармонические составляющие высших
порядков во входной цепи ИБП устанавливают специальные
фильтры, снижающие коэффициент несинусоидальности
формы кривой входного тока до 5—10 %. ИБП с двойным
преобразованием напряжения применяются в тех случаях,
когда -предъявляются повышенные требования к качеству
электроэнергии, например, для питания рабочих компьютер-
ных станций, оборудования вычислительных залов, систем
управления технологическими процессами.

По схеме с двойным преобразованием построены, напри-
мер, модели Pro-Vision, Power-Vision, Blue-Point, Lo-Power,
Flexi-Power, Safe-Power компании N-Power (совместное рос-
сийско-итальянское предприятие). Они оснащены плавным
стабилизатором входного напряжения, благодаря которому
диапазон допустимых значений входного напряжения, при
которых источник не переходит на питание от батарей, со-
ставляет 160 — 276 В.

Принцип двойного преобразования используется и в
технологиях компании GUTOR, выпускающей однофазные
(PEW 1000) и трехфазные (PDW 3000) ИБП мощностью от
5 до 220 кВА. Модули инвертора GUTOR выполнены на би-
полярных IGBT транзисторах и работают по принципу ши-
ротно-импульсной модуляции. Такие инверторы допускают
параллельное подключение до девяти устройств с активным
распределением нагрузки.

На сегодня значительную часть рынка источников беспе-
ребойного питания мощностью свыше 10 кВА занимают ИБП
с двойным преобразованием. Традиционные ИБП с двойным
преобразованием напряжения с управляемым тиристорным
выпрямителем успешно используются более 20 лет. Техноло-
гия двойного преобразования отработана и источники на ее
основе достаточно надежны, хотя и они не лишены выше-
указанных недостатков.

Фирмой АРС (США) выпускаются мощные ИБП серии
Silcon DP 300Е, построенные по новой технологии дельта-
преобразования. Новый принцип преобразования (delta-
conversion), разработан и запатентован (Patent Direction in
Copenhagen № 157274) от 30.04.90 фирмой Silcon (подразде-
ление фирмы АРС). Существенным отличием данного прин-
ципа преобразования является прохождение переменного
тока от сети через первичную обмотку входного регулирую-
щего трансформатора, имеющего дополнительную, связанную
с дельта-инвертором обмотку, в нагрузку. Схема ИБП систе-
мы delta-conversion приведена на рис. 4.3. В нормальном ре-
жиме на дополнительную обмотку трансформатора с дельта-
инвертора подается корректирующее напряжение, пропор-
циональное отклонению выходного напряжения от номи-
нального значения, но противоположное по фазе. Таким об-
разом, за счет обратной связи восстанавливается уровень и
форма напряжения на нагрузке и устраняется фазовый сдвиг
между напряжением и током. Процесс носит плавный, а не
ступенчатый, как в линейно-интерактивных устройствах ха-
рактер, и, следовательно, обеспечивает более стабильное на-
пряжение на нагрузке. В автономном режиме питание на-
грузки осуществляется от аккумуляторной батареи. Переход
в автономный режим осуществляется за нулевое время. Глав-
ное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий
КПД.

По данным фирм, выпускающих традиционные ИБП с
двойным преобразованием, высокий КПД достигается только
при активной нагрузке и, если сам ИБП нагружен на полную
мощность. При невыполнении этих условий повышается на-
грузка на основной (ОИ) и дельта-инвертор (Д-И) или снижа-

Регулируюший
t7nv дельтя-трянсформятор	П

Вл	ИЫл

Рис. 4.3. ИБП с дельта-преобразованием в нормальном режиме работы:

Д-И — дельта-инвентор; ОИ — основной инвертор; АБ — аккумуляторная
батарея
ется эффективность использования входного трансформато-
ра, что так или иначе ухудшает КПД. В итоге, имея преиму-
щество по КПД (2 — 3 %) в идеальных условиях, ИБП с дельта-
преобразованием проигрывает системам типа on-line в реаль-
ных условиях. Опять же, по мнению производителей тради-
ционных on-line систем, ИБП с дельта-преобразованием,
имеющие прямую связь между сетью и нагрузкой, не могут
без дополнительных средств эффективно защитить нагрузку
от сетевых помех и высоковольтных импульсов, а также из-
бежать загрязнения электросети высокочастотными помеха-
ми, присутствующими в цепях питания компьютеров и ком-
пьютерных сетей. Отмечают также, что ИБП с дельта-
преобразованием отличаются более высокой сложностью по
сравнению с традиционными системами on-line, так как для
обеспечения двунаправленной работы основного инвертора в
них применяются устройства четырехквадрантного типа, что
сказывается на стоимости и надежности агрегата. Кроме то-
го, в нормальном режиме ОИ и Д-И должны работать син-
хронно с сетью, поэтому переход ИБП из автономного режи-
ма в нормальный происходит лишь после восстановления
синхронизации двух инверторов с сетевым напряжением.
Сбой любого элемента системы в этом случае может стать
причиной повреждения группы блоков. Процесс синхрониза-
ции особенно усложняется при параллельной работе не-
скольких ИБП. И, наконец, при работе от генераторных уста-
новок, рекомендуемый коэффициент запаса мощности ди-
зель-генераторных установок (ДГУ) 1,3—1,5 можно взять за
основу лишь в том случае, если нагрузка является линейной.
На практике это бывает редко и поэтому правильнее закла-
дывать в расчеты коэффициент 1,5—1,8 такой же, как при
использовании ИБП с двойным преобразованием, снабжен-
ных фильтро-компенсирующими устройствами.

Мнение производителей ИБП с дельта-преобразованием,
представленное далее, отличается от мнения, изложенного в
предыдущем абзаце. По мнению производителей ИБП с дель-
та-преобразованием не вносят собственных нелинейных ис-
кажений в питающую электросеть. Более того, они защища-
ют ее от нелинейных искажений. Сравнение ИБП с двойным
и дельта-преобразованием показывает:

1.	ИБП с дельта-преобразованием по целому ряду тех-
нических параметров (КПД, входной коэффициент мощно-
сти, генерация гармоник тока на входе, перегрузочная спо-
собность и других) существенно превосходят традиционные
ИБП.
2.	ИБП с дельта-преобразованием имеют практически иде-
альную электромагнитную совместимость с сетями и дизель-
генераторами. Чтобы соответствовать ИБП с дельта-преобра-
зованием, ИБП двойного преобразования должен быть до-
полнительно оборудован на своем входе компенсатором ко-
эффициента мощности и гармоническим фильтром и иметь в
своем составе двенадцатиимпульсный выпрямитель. При этом
традиционный источник будет значительно уступать ИБП с
дельта-преобразованием по стоимостным характеристикам.

3.	Для ИБП двойного преобразования при работе с ДГУ
мощность генератора должна в 3 — 5 раз превышать мощность
источника. В случае применения ИБП с дельта-преобразо-
ванием диапазон указанного параметра составляет от 1 до 2.

4.	При работе генератора с ИБП с дельта-преобразованием
генератор может нагружаться постепенно (плавный старт
осуществляется за счет программного изменения входного
тока). При работе с традиционным ИБП имеет место скачко-
образный наброс нагрузки на генератор.

5.	ИБП с дельта-преобразованием, по сравнению с ИБП с
двойным преобразованием значительно сильнее ослабляет
гармоники напряжения как со стороны входа, так и со сто-
роны выхода.

Таблица 4.4

Эксплуатационные параметры ИБП
с двойным преобразованием и с дельта-преобразованием

Базисный параметр	ИБП с двойным преобразованием	ИБП с дельта- преобразовани- ем
Истинная функция on-line	Да	Да
Функция двухстороннего фильтра	Да	Да
Генерация гармоник тока на входе	До 30 %	Нет
Близость входного коэффициента мощности к 1	При использовании дополнительного оборудования	Да
Энергетические потери системы мощностью до 10 кВ А	10-15%	До 5 %
Энергетические потери системы мощностью от 10 до 100 кВ'А	8-12 %	До 4 %
Энергетические потери системы мощностью свыше 100 кВ А	6,5-10 %	До 3 %
Возможность работы на полностью нелинейную нагрузку	Да	Да
Превышение мощности для ДГУ	3 — 5 раз	1—2 раз
6.	ИБП с дельта-преобразованием по сравнению с тради-
ционными источниками существенно более экономичен в
эксплуатации.

Для сравнения в табл. 4.4 приведены эксплуатационные
характеристики ИБП с двойным преобразованием и с дельта-
преобразованием. В табл. 4.5 приведены технические харак-
теристики ИБП типа DP300E. Номенклатурный ряд данного
типа ИБП включает десять единиц. Все источники DP300E
работают от трехфазной сети напряжением 380 В (в диапазо-
не 304 — 437 В), с трехфазным выходом на напряжение 380 В.
Разброс выходного напряжения составляет: при статической
симметричной нагрузке ±1 %, при статической асимметрич-
ной нагрузке ±3 %. Источники DP300E предполагают возмож-
ность подключения в параллель до девяти устройств. Это дает
возможность при необходимости наращивать или создавать

Таблица 4.5

Технические характеристики источника бесперебойного питания DP300E

Параметр	Номенклатурный ряд				
	DP310E	DP320E	DP340E	DP360E	DP380E
Мощность, кВА	10	20	40	60	80
Номинальный ток, Л	14,5	29,0	57,7	87,0	115,0
КПД, %	94,8	95,5	96,5	96,1	96,5
Высота, мм	1400	1400	1400	1400	1400
Ширина, мм	600	600	1000	800	800
Длина, мм	800	800	800	800	800
Вес, кг	550	570	650	410	440

Продолжение табл. 4.5

Параметр	Номенклатурный ряд				
	DP3120E	DP3160E	DP3240E	DP3320E	DP3480E
Мощность, кВА	120	160	240	320	480
Номинальный ток, А	173	232	346	464	693
КПД, %	95,8	96,3	96,3	96,8	96,8
Высота, мм	1800	1800	1800	1800	1800
Ширина, мм	1125	1100	1600	1600	1900
Длина, мм	800	800	800	800	800
Вес, кг	800	1300	1400	1700	2000
СБП

Батарея
аккумулятора

АВР I

АВР II

Потребители I категории

ЩР1

Помещение ДЭС

Сигнал на запуск

Дизель-генератор
50кВ‘А, 40 кВт

ДЭС

II и III категорий

ЩРЗ

-380/220 В

Потребители
особой группы I категории

I -380/220 В

Потребители
з --

2

£

Рис. 4.4. Типовая принципиальная электрическая схема СБГЭ:
N — нейтральный провод; Е — заземление
Закрытый
стеллаж с

Шкаф с аккумуля-
защитными торной
автоматами батареей

380/220 В
к панели РЩ

Источник
бесперебойного
питания

Рис. 4.5. Принципиальная электрическая схема подключения СБП
резервный запас мощности системы. Специальный интеллек-
туальный контроллер обеспечивает высокую эффективность
работы параллельной системы за счет перевода в часы малой
нагрузки части устройств в режим ожидания, а при увеличе-
нии мощности нагрузки автоматически и без перерыва в по-
даче питания ввода «ожидающих» устройств в работу. На
рис. 4.4 приведена типовая принципиальная электрическая
схема источника, построенная по принципу СБГЭ и реализо-
ванная фирмой «ТехноСерв А/С» в проектах. На рис. 4.5
представлена принципиальная электрическая схема подклю-
чения системы бесперебойного питания.

При составлении технического задания на off-line источ-
ник или систему бесперебойного питания, а также при при-
емке их в эксплуатацию рекомендуется уделять внимание
возможности вывода ИБП в ремонт и ввода в работу без пе-
рерыва питания потребителей.
Глава 5

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И СХЕМОТЕХНИКА
УСТРОЙСТВ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

5.1. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Одним из весьма эффективных направлений энергосбере-
гающих технологий является широкое применение устройств
силовой электроники. Достигнутый за последние 20 лет уро-
вень развития этой наукоемкой и быстроразвивающейся об-
ласти техники выдвинул ее на передовые рубежи высоких
технологий.

Промышленное освоение полностью управляемых силовых
полупроводниковых приборов, характеризующихся высокими
значениями коммутируемой мощности, КПД, массогабарит-
ных показателей и надежности, позволило осуществлять эко-
номичное преобразование электроэнергии и открыло широ-
кие возможности для создания современных преобразова-
тельных устройств.

В нефтегазовой промышленности устройства силовой
электроники находят все большее применение в коммутаци-
онных аппаратах, устройствах плавного пуска и регулирова-
ния скорости электроприводов технологических установок,
агрегатов бесперебойного питания и др.

Силовая электроника — область техники, связанная с
управлением потоками электроэнергии посредством мощных
электронных приборов, которые, как правило, работают в
ключевых режимах, пропуская или блокируя поток электро-
энергии, что позволяет изменением алгоритмов их переклю-
чения управлять усредненными значениями мгновенной
мощности по требуемым законам. Это интенсивно разви-
вающаяся область науки и техники, охватывающая по суще-
ству все сферы деятельности человека — промышленность,
добывающие отрасли, транспорт и др.

Основными элементами силовой электроники служат по-
лупроводниковые приборы, обладающие характеристикой
ключевого элемента, которые коммутируют (включают и от-
ключают) участки электрической цепи.

Действие ключевого элемента основано на том, что во
включенном состоянии он обладает очень малым, а в выклю-
ченном — весьма большим сопротивлением.

Обозначение ключевого элемента показано на рис. 5.1, а.

Основными параметрами ключевого элемента являются
сопротивление во включенном и выключенном состояниях,
остаточное напряжение и быстродействие, определяемое
временем переключения.

Вольт-амперная характеристика «идеализированного» клю-
чевого элемента показана на рис. 5.1, б.

Элементы с такими вольт-амперными характеристиками
имеют два устойчивых состояния: включенное, соответст-
вующее 7?вкл = 0 (участок 1 вольт-амперной характеристики);
выключенное, соответствующее 1?ВЫКА = 00 (участок 2). При
этом должно обеспечиваться мгновенное переключение из
одного состояния в другое и, наоборот, по соответствующему
логическому сигналу управления нулевой мощности.

Реальные ключевые элементы, у которых 7?вкл * 0 и 1?ВЫКА
* оо, могут лишь приближаться по своим параметрам к «идеа-
лизированным». При этом разные параметры накладывают и
различные ограничения на возможность эффективного ис-
пользования ключей. Так, например, вольт-амперная характе-
ристика реального элемента, имеющего падение напряжения
при прямом токе AUS и обратный ток Ai's (см. рис. 5.1, в),
определяет потери мощности в ключе в проводящем и не-
проводящем состояниях.

Рис. 5.1. Обозначение ключевого элемента (а). Вольт-амперные характери-
стики ключевых элементов - идеализированного (б) и реального (в)
Потери мощности в ключе сказываются на КПД силового
электронного устройства, поэтому их снижение является од-
ной из основных задач разработчиков приборов.

Динамические потери в ключевом элементе, возникающие
в процессе его коммутации, накладывают ограничение на по-
вышение рабочих частот силовых электронных устройств.

В то же время повышение рабочих частот силовых элек-
тронных устройств является доминирующей тенденцией в
силовой электронике за последние годы. Это дает возмож-
ность улучшить технико-экономические показатели преобра-
зовательных устройств и повысить их быстродействие.

В настоящее время функции ключевых элементов выпол-
няют полупроводниковые приборы различных типов. К эле-
ментам силовой электроники относят приборы, рассчитанные
на предельные значения среднего или действующего значе-
ния тока более 10 А.

Классификацию ключевых элементов проводят по степени
их управляемости. При этом под признаком управляемости
подразумевают возможность переводить прибор из проводя-
щего состояния в непроводящее и обратно посредством воз-
действия на него маломощным управляющим сигналом.

Управляемые полупроводниковые приборы по степени
управляемости подразделяются на следующие группы:

1.	Не полностью управляемые приборы, которые можно
посредством управляющего сигнала переводить только в про-
водящее состояние, но не наоборот (традиционные тиристо-
ры, симмисторы).

2.	Полностью управляемые (запираемые) приборы, кото-
рые можно переводить в проводящее состояние и обратно
посредством управляющего сигнала (транзисторы, запирае-
мые тиристоры).

Силовая электроника начиная с 80-х годов переживает
вторую революцию. Ее интенсивное развитие обусловлено
освоением производства за последние 15 — 20 лет новых пол-
ностью управляемых приборов силовой электроники, из ко-
торых в настоящее время наибольшее распространение полу-
чили следующие типы:

1.	Полевые транзисторы с изолированным затвором
(MOSFET-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor);

2.	Биполярные транзисторы с изолированным затвором
(IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistor);

3.	Запираемые тиристоры (GTO-Gate-Turn-Off);

4.	Запираемые тиристоры с интегрированным управлени-
ем (IGCT-Integrated Gate-Commutated Thyristor).
5.	Запираемые тиристоры, коммутируемые по управляе-
мому электроду (GCT-Gate-Commutated Thyristor).

6.	Запираемые тиристоры с полевым управлением
(MCT-Cortrol Thyristor), содержащие в системе управления
два полевых транзистора, один из которых обеспечивает про-
цесс включения, подавая импульс тока на управляющий
электрод, а другой аналогично — процесс выключения ти-
ристора.

Низкий уровень потерь энергии и малая мощность управ-
ления современных приборов силовой электроники позволя-
ет реализовать силовые интегральные схемы, в которых на
одном кристалле технологическими приемами изготавливают-
ся силовые ключевые элементы, устройства их управления,
защиты и диагностики. Такие устройства получили название
интеллектуальных силовых (Smart Intelligent) схем. Их можно
определить как устройства функционально и конструктивно
объединяющие элементы силовой и информационной элек-
троники на основе высоких технологий и интеграции.

Области применения приборов силовой электроники сле-
дующие.

Традиционные тиристоры (SCR) — преобразователи с ес-
тественной (сетевой) коммутацией большой (свыше 1 МВ'А)
мощности, применяемые для электроприводов постоянного
тока, высоковольтных регулируемых электроприводов пере-
менного тока, мощных статических компенсаторов реактив-
ной мощности, технологических целей (электролиз, гальвани-
ка, плавка).

Запираемые тиристоры (GTO) — преобразователи мощно-
стью в сотни киловольт-ампер (а в будущем свыше 3 МВ А)
для привода вентиляторов, компрессоров, насосов (в том
числе высоковольтных), мощных агрегатов бесперебойного
питания (АБП), статических компенсаторов реактивной
мощности.

GCT превосходит GTO по быстродействию и стойкости к
скоростям изменения тока и напряжения. Последние разра-
ботки GCT способны блокировать напряжение до 6 кВ и
управлять током до 6 кА.

Тиристоры МСТ имеют ряд принципиальных преимуществ
перед тиристорами типа GTO и GCT в отношении быстро-
действия и в более простой реализации управления.

Область применения GCT и МСТ аналогична GTO.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором
(IGBT) — преобразователи мощностью до единиц мегавольт-
ампер для электроприводов переменного тока, АБП, статиче-
186
ских компенсаторов реактивной мощности и активных
фильтров, ключевых источников питания.

Полевые транзисторы с изолированным затвором
(MOSFET) — высокочастотные преобразователи (сотни кило-
герц) и низковольтные преобразователи для приводов вен-
тильных двигателей, компактных АБП, ключевых источников
питания.

Симмисторы (Triac) — преобразователи для пуска и
управления двигателями переменного тока, ключи и реле.

В настоящее время перечисленные полностью управляе-
мые приборы силовой электроники вытесняют практически
из всех областей применявшиеся ранее традиционные тири-
сторы (SCR-Silicon Controlled Rectifier) и биполярные силовые
транзисторы (BPT-Bipolar Power Transistor), так как при тех
же коммутируемых токах и напряжениях они имеют значи-
тельно меньшие мощности управления и время коммутации,
более высокую стойкость к перегрузкам по току и напряже-
нию, а также более широкую область безопасной работы.
Высокие частоты коммутации (до 50 кГц), простота и малая
мощность систем управления обеспечили значительное улуч-
шение технико-экономических показателей (снижение габа-
ритов и массы, повышение надежности и КПД) преобразова-
тельного оборудования на базе IGBT по сравнению с обору-
дованием с использованием тиристоров (SCR).

IGBT является продуктом развития технологии силовых
транзисторов и сочетает в себе два транзистора в одной по-
лупроводниковой структуре: биполярный (образующий сило-
вой канал) и полевой (образующий канал управления). При-
бор введен в силовую цепь выводами биполярного транзи-
стора Е (эмиттер) и С (коллектор), а цепь управления — вы-
водом G (затвор).

Таким образом, IGBT имеет три внешних выхода: эмиттер,
коллектор, затвор. Сочетание двух приборов в одной струк-
туре позволило объединить достоинства полевых и биполяр-
ных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой
токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включенном
состоянии.

Коммерческое использование IGBT началось с 1980-х годов
и уже прошло четыре стадии своего развития. Параметры
IGBT существенно улучшались, утраиваясь каждые два года.

I поколение (1985 г,): предельные коммутируемые напря-
жения 1000 В и токи 200 А, прямое падение напряжения в
открытом состоянии 3,0 —3,5 В, частоты коммутации до 5 кГц
( время включения/выключения около 1 мкс).
II поколение (1991 г.): коммутируемые напряжения до
1600 В, токи до 500 А, прямое падение напряжения 2,5 —3,0 В,
частота коммутации до 20 кГц (время включения/выключения
около 0,5 мкс).

III поколение (1994 г.): коммутируемые напряжения
до 3500 В, токи до 1200 А, прямое падение напряжения 1,5 —
2,2 В, частота коммутации до 50 кГц (время включе-
ния/выключения около 200 нс).

IV поколение (1998 г.): коммутируемые напряжения до
4500 В, токи до 1800 А, прямое падение напряжения 1,0 —
1,5 В, частота коммутации до 50 кГц (время включе-
ния/выключения около 200 нс).

IGBT в устройствах силовой электроники будет занимать
доминирующее положение как минимум и следующее деся-
тилетие.

По прогнозам в ближайшие годы IGBT полностью заменят
традиционные биполярные транзисторы и GTO в преобразо-
вательном оборудовании мощностью до единиц мегавольт-
ампер. В области малых мощностей и низковольтных преоб-
разователей будут доминировать MOSFET, а в области боль-
ших мощностей (выше 3 МВ-А) — GTO.

За последние годы рядом фирм (ABB, «Mitsubishi») освоено
производство нового класса приборов силовой электроники
IGCT-тиристоров, управляемых по затвору. По сравнению с
GTO у IGCT значительно снижены падение напряжения при
прямом токе и мощность управления (снижена примерно в 5
раз), уменьшены статические и динамические потери, значи-
тельно увеличено быстродействие. На базе IGCT изготовлен
и с 1996 года проходит опытную эксплуатацию преобразова-
тель мощностью 100 MB-А (г. Бремен).

Число квалификационных испытаний и опыт эксплуатации
преобразователей на базе IGCT показали, что для 3 МВА
трехфазного инвертора можно получить наработку на отказ
не менее 45 лет и интенсивность потока отказов не более
2300 FIT (FIT соответствует одному отказу на миллиард
часов).

Ожидается, что приборы IGCT будут основными элемен-
тами для применения в области средних и больших напряже-
ний мощностью от 0,5 до 100 MB-А. Это достигается последо-
вательным соединением мощных приборов. Высокая надеж-
ность IGCT и возможность последовательного соединения
достаточного числа приборов открывает широкие перспек-
тивы их применения в области очень высоких мощностей и в
специальном силовом оборудовании.
Сравнительные характеристики современных приборов
силовой электроники с двухсторонним теплоотводом

Тип прибора	Преимущества	Недостатки	Относительная стоимость
Традиционный тиристор (SCR)	Самые низкие потери во включенном состоя- нии.  Самая высокая пере- грузочная способность. Высокая надежность.  Возможность парал- лельного и последова- тельного соединения	Нс способен к принудительному запиранию по управляющему электроду.  Низкая рабочая частота	1
Запираемый тиристор (GTO)	Способность к управ- ляемому запиранию. Сравнительно высокая перегрузочная способ- ность.  Возможность последо- вательного соединения. Рабочие частоты до 250 Гц при напряже- нии до 4 кВ	Высокие потери во включенном состоянии.  Очень большие потери в системе управления.  Сложные систе- мы управления.  Большие потери при переключе- нии	2
Запираемый тиристор	с  интегрирован- ным управле- нием (IGCT)	Способность к управ- ляемому запиранию. Перегрузочная способ- ность такая же, что у GTO.  Низкие потери во включенном состоянии на переключение.  Рабочая частоты до единиц кГц.  Встроенный блок управления.  Возможность последо- вательного соединения	Не выявлены из- за недостаточно- го опыта экс- плуатации	3
биполярный транзистор с изолирован- ным затвором (IGBT)	Способность к управ- ляемому запиранию.  Высокая рабочая час- тота (десятки кГц).  Простая неэнергоемкая система управления. Встроенный драйвер	Большие потери во включенном состоянии	4

С учетом дополнительных требований по низкой стоимо-
сти, малого числа элементов в преобразователе и высокой
эффективности в сравнении с другими приборами силовой
электроники IGCT не имеют реальных конкурентов в этом
диапазоне мощностей.

В табл. 5.1 приведены сравнительные характеристики со-
Параметры приборов силовой электроники

Тип прибора	Фирма- изготовитель	Марка	Ток, А	Напряжение, В
Традиционный тиристор	«АВВ Semiconduc- tors»	5STP 34N5200	3500	4400
GTO	«АВВ Semiconduc- tors»	5SGT 30J6004	3000	6000
IGCT	«АВВ Semiconduc- tors»	5SHY 35L4502	4000	6000
IGBT  Примечан средний ток, длз мальный повтор симальное напр$ вторяющийся И1\	«Toshiba Semiconductor Group»  и я: 1. Ток для трэд! г остальных (полност яющийся запираемы гжение коллектор-эм шульс напряжения в	ST1200FXF21  4ЦИОННОГО тири гью управляемь й ток. 2. Напряг иттер, для оста закрытом сост	1200  стора — IX) прибс кение дл  ЛЬНЫХ П] эянии.	3300  номинальный  >ров — макси- я IGBT — мак- >иборов — по-

временных приборов силовой электроники, а в табл. 5.2 —
параметры некоторых из них (производство фирм АВВ и «To-
shiba»).

Приборы силовой электроники выпускают следующие за-
рубежные фирмы: АВВ (Швейцария), «International Rectifier»
(США), «Semikron» (ФРГ), «Siemens» (ФРГ), «Mitsubishi» (Япо-
ния), «Toshiba» (Япония) и др.

Для улучшения технико-экономических показателей уст-
ройств силовой электроники широко используется интегра-
ция силовых ключей, соединенных, как правило, по типовым
наиболее распространенным схемам.

Интегрированные отдельные приборы в одном, обычно
пластмассовом, корпусе с теплоотводящим основанием назы-
вают модулем.

При этом металлическое основание для отвода теплоты от-
деляется от токоведущих элементов специальным электро-
изоляционным слоем. Этот слой, с одной стороны, обеспечи-
вает необходимую электрическую изоляцию интегрирован-
ных элементов, а с другой — хорошую теплопроводность ме-
жду токопроводящими элементами и металлическим основа-
нием.

Следует отметить, что более половины всех современных
силовых полупроводниковых приборов выпускаются и будут
выпускаться в модульном исполнении. В простейшем случае
модуль представляет собой один или совокупность несколь-
ких силовых ключевых элементов, а в более сложном — пре-
образователь параметров электрической энергии. Одно-,
двух-, четырех- и шестиключевые модули позволяют созда-
вать компактные и надежные преобразовательные устройст-
ва. Выпускаются такие функционально законченные модули,
например, преобразователь частоты с промежуточным звеном
постоянного тока. На рис. 5.2 приведены схемы модулей
IGBT, выпускаемых фирмой «Mitsubishi».

Обычно модули выпускаются с обратным и быстро вос-
станавливающимися диодами (FRD) или без них.

По быстродействию IGBT уступают MOSFET, но значи-
тельно превосходят биполярные.

Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления —
драйвер конструктивно компактна. В модулях IGBT драйверы
могут быть непосредственно включены в их структуру.

Главные направления в области разработки перспектив-
ных типов IGBT в ближайшие годы состоят в расширении
диапазона рабочих токов до 2000 А и рабочего напряжения
до 3500 В, частоты переключения до 70 кГц при улучшении
формы импульсов и упрощении схем управления.

Интеллектуальные силовые модули (IPM-Intelligent Power
Modules) имеют высокий КПД и являются новым этапом раз-

Рнс. 5.2. Схемы модулей IGBT:

п — одноключевого; б — двухключевого (полумостового); в — трехфазного
мостового; г — преобразователя частоты по схеме выпрямитель-инвертор
вития силовых ключей на базе IGBT модулей. Они представ-
ляют собой функционально законченное изделие, исполнен-
ное в компактном изолированном корпусе. Кроме силовой
части схемы преобразователя (мостового одно- или трехфаз-
ного выпрямителя, мостового инвертора), могут содержать в
одном корпусе также датчики, драйверы, устройства защит и
диагностики, источники питания и др.

В настоящее время IPM в основном представляют собой
преобразователи частоты электроприводов переменного тока
(исключая контроллер переменного тока). В последующих
поколениях IPM планируется контроллер на базе однокри-
стальной ЭВМ включить в состав модуля. Максимально дос-
тигнутый уровень мощности IPM равен 200 А/1200 В (каждо-
го ключа мостового трехфазного инвертора напряжения).

Конструктивно IGBT-модули можно условно разбить на
2 типа: паянной с изолированным основанием (предельные
параметры 2,4 кА и 3,3 кВ) и прижимной (таблеточной) кон-
струкции (предельные параметры 1,2 кА и 3,3 кВ). Последние,
помимо высокой надежности, термоциклоустойчивости, луч-
шего охлаждения, имеют еще по сравнению с IGBT-модулями
с изолированным основанием меньшую паразитную индук-
тивность выводов (единицы наногенри). При этом снижаются
перенапряжения на выводах приборов и повышается надеж-
ность модулей.

Как правило модули паянной конструкции применяются
в промышленных электроприводах, прижимной конструк-
ции — в линиях электропередачи постоянного тока и элек-
трифицированном транспорте.

Разработки подобных модулей паянной и прижимной кон-
струкции, а также с повышенными требованиями к механи-
ческим и климатическим воздействиям ведутся в России.
НПП «ИНЭЛС» завершило разработку серии силовых
MOSFET и IGBT-модулей с изолированным основанием на
токи 400 А и напряжением 1200 В. Промышленное производ-
ство таких модулей освоено на ОАО «Электровыпрямитель»
(г. Саранск) и ОАО «Контур» (г. Челябинск).

Серию силовых IGBT-модулей на токи 1200 А и напряже-
ния 1700, 2500 и 3300 В в пластмассовых корпусах осваивает
ОАО «Электровыпрямитель».

Серии IGBT-модулей в стандартных и оригинальных кор-
пусах разрабатывают также ОАО «Искра» (г. Ульяновск) и
ОАО «Протон» (г. Орел).

Ведутся работы по созданию серии IGBT-модулей по при-
жимной технологии в герметичных корпусах таблеточной
192
конструкции диаметром 75 мм (1000 А/2500 В) и диаметром
85 мм (1200 А/3300 В).

На ряде предприятий электронной промышленности ос-
воено промышленное производство силовых полевых тpaнзи-
< торов с изолированным затвором (MOSFET). Воронежский
завод полупроводниковых приборов производит более десяти
типов таких приборов.

Характеристики модулей силовой электроники, выпускае-
мых отечественной промышленностью, приведены в табл. 5.3.
Условные обозначения модулей, приведенных в табл. 5.3, сле-
дующие:

М — модуль беспотенциальный (основание модуля изоли-
ровано);

2 — число ключей;

ТКП — полевой МОП-транзистор с изолированным затво-
ром;

ДТКИ-диод — биполярный транзистор с изолированным
затвором;

ТКИД — биполярный транзистор с изолированным затво-
ром — диод;

25; 35; 50; 75; 80; 100; 150 — максимально допустимый
ток, А;

0,6; 1; 2; 5; 6; 10; 12 — максимально допустимое напряже-
ние (х 100 В) — класс прибора.

Климатическое исполнение приборов — УХА, Т; категория
размещения — 2; 3.

Схемы модулей MOSFET и IGBT, указанных в табл. 5.3,
приведены на рис. 5.3, а общий вид модуля — на рис. 5.4.

Применение модулей позволяет значительно снизить мас-
су, габариты и стоимость преобразовательных устройств. Их
применение оказывает существенное влияние не только на
технико-экономические показатели оборудования, но и изме-
няет технологию проектирования устройств силовой элек-
троники, сводя ее к выбору элементов высокой заводской
готовности на требуемые входные и выходные параметры.

За последние годы значительно возросли параметры (ток,
напряжение, быстродействие) традиционных приборов сило-
вой электроники: диодов, транзисторов, оптотиристоров и
тиристоров. Кроме диодов одиночного исполнения выпуска-
ются силовые модули, включающие в себя последовательно-
параллельные сборки и схемы мостовых конфигураций.
Отечественной электронной промышленностью освоен вы-
пуск в модульном исполнении на напряжение до 400 В одно-
фазных выпрямителей на токи 16, 20 и 25 А, а также трех-
2

Таблица 5.3

Характеристики модулей силовой электроники на базе MOSFET и IGBT

Двухключевые (полумостовые) моду- ли на базе МОП-транзисторов			Двухключевые (полумостовые) модули на биполярных транзисторах с изолиро- ванным затвором			Диод-транзисторные и транзистор- диодные модули (чопперы)		
Тип	U„s. В	fa, А	Тип	и„, В	1с. А	Тип	и„. в	1с. А
М2ТКП-25-6	600	2x25	М2ТКИ-25-12	1200	2x25	МДТКИ-25-12	1200	2x25
М2ТКП-35-5	500	2x35	М2ТКИ-50-12	1200	2x50	МДТКИ-50-12	1200	2x50
М2ТКП-45-4	400	2x45	М2ТКИ-75-12	1200	2x75	МДТКИ-75-12	1200	2x75
М2ТКП-80-2	200	2x80	М2ТКИ-100-12	1200	2x100	МДТКИ-100-12	1200	2x100
М2ТКП-125-1	100	2x125	М2ТКИ-150-12	1200	2x150	МДТКИ-150-12	1200	2x150
М2ТКП-200-0.6	60	2x200				МТКИД-25-12	1200	2x25
						МТКИД-50-12	1200	2x50
						МТКИД-75-12	1200	2x75
						МТКИД-100-12	1200	2x100
						МТКИД-150-12	1200	2x150
Примечание: Uds — максимальное напряжение сток — исток; I,i — максимальный ток стока; Uce — максималь- ное напряжение коллектор - эмиттер; /с ~ максимальный ток коллектора.								
Рис. 5.3. Схемы силовых модулей:

а — двухключевого (полумостового) на базе MOSFET; б — полумостового на
базе IGBT; в — диод-транзисторного; г — транзистор-диодного; 1 — 3 — сило-
вые выводы; 4 — 7 — выводы цепей управления

фазных выпрямителей на ток 65 А. На рис. 5.5 показаны схе-
мы диодных модулей, выпускаемых фирмой «Mitsubishi».

Основной тенденцией развития современных полупровод-
никовых устройств является переход от использования дис-
кретных компонентов к силовым электронным системам,
объединяющим в едином конструктивном элементе функции
силовой электроники (преобразователь на базе ключевых

Рис. 5.4. Общий вид полумостового модуля с изолированным основанием
на ток 150 А
a

о

2i

О

Рис. 5.5. Схемы силовых
диодных модулей:

а — одиночного; б — по-
лумостового; в — трех-
фазного мостового; г —
трехфазных полумосто-
вых

элементов, драйверы, устройства защиты), и информацион-
ной электроники (контроллер), датчики тока и напряжения,
электрические аппараты и др.

5.2.	ВЫПРЯМИТЕЛИ

С помощью выпрямителей осуществляется преобразова-
ние энергии переменного тока в энергию постоянного тока,

Выпрямители широко применяются в электроприводе по-
стоянного тока, в частотно-регулируемых электроприводах
переменного тока, в системах возбуждения синхронных дви-
гателей.

Выпрямители классифицируются по нескольким призна-
кам. По числу фаз напряжения переменного тока их подраз-
деляют на однофазные и трехфазные, а по виду схемы сило-
вой части — на мостовые и с нулевым выводом. По управ-
ляемости (возможности регулирования напряжения на выхо-
де выпрямителя) их подразделяют на неуправляемые, полу-
управляемые и управляемые. Выпрямители, позволяющие из-
менять полярность своего выходного напряжения, называют-
ся реверсивными, они обычно состоят из двух комплектов
нереверсивных выпрямителей.

В силовой части неуправляемых выпрямителей использу-
ются диоды и их модули, в полууправляемых — диоды и ти-
ристоры, а управляемых — тиристоры. Ддя согласования
уровней переменного (входного) напряжения и постоянного
(выходного) напряжения в схемах выпрямителей используют-
ся трансформаторы, которые одновременно выполняют роль
гальванической развязки цепей переменного и постоянного
тока.

В промышленных установках применяют различные схемы
преобразования переменного тока в постоянный, каждая из
которых имеет свои достоинства и недостатки. При сравне-
196
пии различных схем выпрямления учитывают следующие их
технические характеристики: число полупроводниковых при-
боров, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения,
габаритную мощность трансформатора.

Рассмотрим типовые схемы выпрямления переменного
тока.

Однофазная мостовая схема (рис. 5.6, а) содержит четыре
диода VI — V4, соединенных по схеме моста и подключенных
к сети переменного тока через трансформатор Т или напря-
мую. Трансформатор позволяет согласовать напряжение сети
и выпрямленное напряжение нагрузки. В одну диагональ
моста (точки 1 и 3) включен источник переменного напряже-
ния, а в другую (точки 2 и 4) — нагрузка RH. Общая точка 2
катодных выводов служит положительным полюсом выпря-
мителя, а точка 4 анодных выводов — отрицательным. В од-
нофазной мостовой схеме диоды работают поочередно пара-
ми VI, V3 и V2, V4 (см. рис. 5.6, б). В положительный полупе-
риод напряжения (72ф ток проходит через диод VI нагрузку
R„ к диоду V3. Так как в это время диоды V2, V4 закрыты, к
ним прикладывается обратное напряжение, наибольшее зна-
чение которого л/2Г72ф. В отрицательный полупериод ток про-
ходит через диод V2, нагрузку RH к диоду V4, При этом об-
ратное напряжение прикладывается к диодам VI и V3. Таким
образом, ток в цепи нагрузки в каждый период проходит в
одном направлении, и его среднее значение зависит от вы-
прямленного напряжения и сопротивления нагрузки.

Рис. 5.6. Однофазная мостовая схема выпрямления (а). Графики напряже-
ний и тока в трансформаторе (б), напряжения и тока в нагрузке (в)
Выпрямленное напряжение Ud (рис, 5.6, в) имеет постоян-
ную составляющую Ud.cp и переменную составляющую Ud~
(заштрихованная область), которая пульсирует с двукратной
частотой по отношению к частоте сети. Чем меньше пере-
менная составляющая, тем меньше пульсация. При идеальном
преобразовании переменного тока в постоянный переменная
составляющая равна нулю. Важным показателем работы вы-
прямителя служит отношение амплитуды переменной со-
ставляющей к выпрямленному напряжению, называемое ко-
эффициентом пульсации выпрямленного напряжения

где m — число фаз источника. Однофазные мостовые
схемы из-за больших пульсаций выпрямленного напряже-
ния применяют в основном в электроустановках малой мощ-
ности.

Трехфазная нулевая схема выпрямления (рис. 5.7, а) со-
стоит из трех диодов. Анодные выводы диодов обычно под-
ключают к обмоткам трансформатора, а катодные выводы —
к общей точке. Нагрузку включают между нулевой точкой
трансформатора и общей точкой диодов. При активной на-
грузке RH ток через каждый диод протекает в течение 1/3
периода переменного тока, когда напряжение в одной фазе
трансформатора больше, чем в других, а выпрямленный ток
проходит по нагрузке непрерывно (см. рис. 5.7, в). В момент
пересечения положительных значений напряжений каждой
фазы трансформатора в точках а, б и в (см. рис. 5.7, б), назы-
ваемых точками естественной коммутации диодов, ток пре-
кращает проходить в одном диоде и начинает протекать че-
рез другой диод. Трехфазная нулевая схема позволяет полу-
чать выпрямленное, напряжение более сглаженной формы
с переменной составляющей Ud~ меньшей амплитуды, чем
однофазная мостовая. Наибольшее обратное напряжение
Ц>бр max. поступающее на закрытый диод, равно амплитудному
значению линейного напряжения (см. рис. 5.7, г).

Недостаток трехфазной нулевой схемы — прохождение
через вторичные обмотки тока (го2, гь2, ic?) только в одном на-
правлении, что создает магнитный поток подмагничивания,
вызывающий дополнительный нагрев трансформатора. По-
этому схему широко применяют только в выпрямительных
установках с трансформаторами, ток вторичной обмотки ко-
торых не превышает 100 А.
a
Трехфазная мостовая схема выпрямления (рис. 5.8, а) со-
стоит из шести диодов, которые образуют две группы: с об-
щим катодным выводом (VI, V3 и V5) и общим анодным вы-
водом (V2, V4 и V6). Диоды подключаются непосредственно
к сети или через трансформатор, первичные и вторичные
обмотки которого соединены в звезду или треугольник.

В нечетной группе (VI, V3 и V5) в течение каждой трети
периода работает тот диод, у которого выше потенциал выво-
да (рис. 5.8, б), например, интервал а—б для диода VI. В чет-
ной группе в этот интервал времени работает тот диод, у ко-
торого катодный вывод имеет наиболее отрицательный по-
тенциал (интервал а—г для диода V6 и г—б для диода V2) по
отношению к общей точке анодных выводов, Таким образом,
в интервале а—г (рис. 5.8, б) ток iH проходит от фазы а транс-
форматора через диод VI, нагрузку RH, диод V6, к фазе

Рис. 5.8. Трехфазная мостовая схема выпрямления (а). Графики напряже-
ний и токов (б)
в трансформатора (см. рис. 5.8, а). В интервале г—б (см. рис.
5.8, б) ток проходит через диод VI, нагрузку RH и диод V2
(отмечено пунктирной линией).

В трехфазной мостовой схеме в любой момент времени
при активной нагрузке ток проходит через два диода — один
из нечетной, а другой — из четной группы. Диоды нечетной
группы коммутируются в момент пересечения положитель-
ных участков синусоид (точки а, б, в), а четной группы — в
момент пересечения отрицательных участков (точки г, д, е). В
результате при наличии двух групп получают шестипульсное
выпрямление (кривая UdOl см. рис. 5.8, б).

Достоинствами трехфазных мостовых схем, широко при-
меняемых в выпрямительных устройствах, являются: неболь-
шой коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;
малое обратное напряжение; малая габаритная мощность
трансформаторов; отсутствие вынужденного подмагничива-
ния, так как ток во вторичной обмотке трансформатора из-
меняет свое направление.

Основные технические характеристики различных схем
выпрямления приведены в табл. 5.4.

Управляемые выпрямители позволяют преобразовать
переменный ток в постоянный и плавно изменять выпрям-
ленное напряжение от нуля до -максимального значения.

В настоящее время в электроприводах постоянного тока и
в системах возбуждения синхронных двигателей основной
элементной базой при построении управляемых выпрямите-
лей являются тиристоры.

Тиристоры — не полностью управляемые полупроводни-
ковые приборы, обладающие двумя устойчивыми состояния-
ми равновесия: открытым (проводящим ток) и закрытым (не
проводящим тока). Тиристор (рис. 5.9, а), имеющий три элек-
трода (анодный вывод А, катодный К и управляющий элек-
трод У), начинает проводить ток в том случае, если к анод-
ному выводу (по отношению к катодному выводу) приложен
положительный потенциал и одновременно к управляющему
электроду подается положительный управляющий сигнал.
При приложении к анодному выводу положительного потен-
циала сопротивление тиристора будет зависеть от управляю-
щего тока. При отсутствии управляющего сигнала (1у = 0)
сопротивление тиристора велико. При появлении управляю-
щего тока (Ту = /ун) тиристор перейдет в открытое состояние
и проводимость его будет высокой.

Тиристор отличается от транзистора тем, что ток управ-
ления только открывает, но не закрывает его. Закрывается
ю
о
ю

Таблица 5.4

Основные технические характеристики схем выпрямления

Схема выпрям- ления	Число фаз выпрям- ления (пульс- ность), т	Соотношение между электрическими параметрами схем вы- прямления				Коэффициент пульса- ции выпрямленного на- пряжения q = 2/(m2 - 1)
		Выпрямлен- ным и фаз- ным напря- жениями,	Максималь- ным обрат- ным и вы- прямленным напряжения- ми, U,6p. max/ Wt/O	Фазным и выпрямлен- ным токами, /2//d	Мощностью трансформатора и выпрямленной мощностью п реобразователя, Spp/Pd	
Однофазная	2	0,9	1,57	1,11	1,23	0,67
мостовая						
Трехфазная нулевая	3	1,17	2,09	0,585	1,37	0,25
Трехфазная	б	2,34	1,045	0,817	1,05	0,057
мостовая						
Примечани	е: /2 — ток вторичной обмотки трансформатора.					
тиристор при приложении к анодному выводу отрицательно-
го напряжения.

Для управления тиристором используют систему импульс-
но-фазного управления (СИФУ), которая формирует управ-
ляющий импульс нужной формы и мощности, а также осу-
ществляет сдвиг по фазе импульса относительно напряжения
сети.

Рассмотрим работу тиристора, подключенного к однофаз-
ной сети на активную нагрузку (см. рис. 5.9, а). Предполо-
жим, что управляющий импульс в интервале Qi0 — Qfi от-
сутствует (/у = 0). В этом случае тиристор обладает большим
сопротивлением в прямом направлении и ток через нагрузку
Ян практические не проходит (см. рис. 5.9, б).

После подачи управляющего импульса при номинальном
токе управления (1У = 1ун) тиристор открывается (см. рис.
5.9, в), т.е. его сопротивление в прямом направлении снижа-
ется. Под действием напряжения сети Uc через нагрузку R„

Рис. 5.9. Однополупернодиая управляемая схема выпрямления (а). Графики
напряжения на нагрузке (б), управляющих импульсов (в) тока нагрузки (г),
напряжения анод-катод Г7ак(д)
проходит ток 1„ (см. рис. 5.9, г), который зависит от напря-
жения сети и сопротивления резистора (интервал Qit — Qi2).
При отрицательном напряжении на анодном выводе (интер-
вал Qi2 — Qi3) тиристор обладает высоким сопротивлением и
ток через него не проходит. В этом случае к тиристору при-
кладывается обратное напряжение Uo6p (см. рис. 5.9, Э). На
рис. 5.9, б, д приняты обозначения: U„ — напряжение на на-
грузке; UaK — напряжение анод — катод тиристора; UyK —
управляющее напряжение между управляющим электродом и
катодом.

Для изменения среднего значения выпрямленного напря-
жения Ud необходимо сдвинуть по фазе управляющий им-
пульс. Так, для уменьшения выпрямленного напряжения не-
обходимо управляющий импульс подавать с отставанием по
отношению к точке естественной коммутации тиристора (см.
рис. 5.9, в). Сдвиг по фазе между точкой естественной ком-
мутации тиристора и моментом подачи управляющего им-
пульса называется утлом регулирования а.

В электроприводах находят применение также сдвоенные
тиристоры, называемые симмисторами, которые обладают
свойствами встречно-параллельно соединенных тиристоров,
но имеют лишь один управляющий электрод. При подаче
управляющего сигнала симмистор открывается для обеих по-
луволн переменного тока.

Однофазный полууправляемый преобразователь пере-
менного тока в постоянный. В полууправляемом однофазном
преобразователе, имеющем в плечах мостовой схемы управ-
ляемые и неуправляемые диоды, выходное напряжение все-
гда положительно, поэтому поток энергии направлен из сети
к двигателю. В электропроводах с полууправляемыми преоб-
разователями рекуперация энергии в сеть невозможна.

Схема, графики токов и напряжений при симметричном
управлении тиристорами и непрерывном токе якоря изобра-
жены на рис. 5.10.

В полууправляемом преобразователе тиристор VS1 пере-
ходит в открытое состояние в момент, соответствующий углу
а, а тиристор VS2 — углу тс + а относительно питающего на-
пряжения и. В течение фазового интервала а < Qi < я двига-
тель подключается к сети через тиристор VS1 и диод VD2, а
напряжение на зажимах якорной цепи ця равно питающему
и. При Qi > я напряжение и изменяет полярность. Ток якоря
!я теперь потечет через обратный диод VD0, поскольку тири-
стор VS1 закрыт. Обратный диод выполняет функцию защи-
ты преобразователя от перенапряжений. В фазовом интерва-
204
Рис. 5.10. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимо-
го возбуждения с помощью однофазного полууправляемого преобразователя:
а — схема силовой цепи; б — графики токов и напряжений для режима не-
прерывного тока в двигательном режиме; в — то же в инверторном режиме

ле я < Q1 < я + а цепь якоря закорочена обратным диодом, в
связи с чем напряжение на якоре ия = 0.

В интервале открытого состояния тиристора (а < Qt < я)
энергия поступает из сети и преобразуется в энергию, запа-
саемую в индуктивности якорной цепи Ья, кинетическую
энергию движущихся частей электропривода и полезную ра-
боту. В фазовом интервале тс < Qi < тс + а тиристор закрыт,
запасенная в индуктивности энергия преобразуется в меха-
ническую, а продолжающий протекать по якорной цепи ток
/я создает электромагнитный момент. В этом интервале энер-
гия в сеть не возвращается.

Таким образом, в полууправляемом преобразователе про-
исходит чередование интервалов, в одном из которых двига-
тель соединен с сетью через открытый тиристор, а в дру-
гом — отсоединен от сети.

Уравнения для якорной цепи двигателя, управляемого от
полууправляемого преобразователя, имеют вид:

и = и = /'/? + L. — + е„ при а < Qi < л,
л	И л	Я ,	Я

at

ия = 0 = 1яЯя + 1я — + ея при л < Qi < л + а, (5.1)
dt

где ея — ЭДС двигателя.

При а = 0 и синусоидальной форме питающего напряже-
ния среднее значение напряжения якорной цепи определяет-
ся по формуле

Udcp =1 p2C/sinQidQt= — (1 + cos а) = 0,45i/(l+cos а), (5.2)
71 а

где U — действующее значение напряжения переменного
тока на входе преобразователя.

В связи с невозможностью рекуперации энергии в сеть
электродвигатель, управляемый от полууправляемого преоб-
разователя, работает только в первом квадранте механиче-
ских характеристик.

Однофазный полностью управляемый полупроводнико-
вый преобразователь переменного тока в постоянный.
В полностью управляемом преобразователе, показанном на
рис. 5.11, а, тиристоры VS1 и VS3 переходят в открытое со-
стояние одновременно в фазе a, a VS2 и VS4 — в фазе л + а.
В этой схеме двигатель постоянно связан с сетью через пары
тиристоров, причем в фазовом интервале а < Qi < я + а
открыты тиристоры VS1, VS3. В момент, соответствующий
я + а, тиристоры VS2 и VS4 переходят в открытое состоя-
ние, при этом к тиристорам VS1 и VS3 через открытые тири-
a

Рис. 5.11. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимо-
го возбуждения с помощью однофазного полностью управляемого преобра-
зователя;

а — схема силовой цепи; б — графики токов и напряжений для режима не-
прерывного тока в двигательном режиме; в — то же в инверторном режиме
в

сторы VS2 и VS4 прикладывается напряжение обратной по-
лярности, которое закрывает их. Такая коммутация получила
название естественной.

Ток якоря двигателей /я, ранее протекающий через VS1 и
VS3, теперь начнет протекать через тиристоры VS2 и VS4.

В течение фазового интервала а < Qi < я энергия из сети
передается двигателю, поскольку и, I, и пя, гя положительны,
см. рис. 5.11, б. Напротив, в течение фазового интервала
я < Qi < тс + а часть энергии из якорной цепи возвращается в
сеть, так как ия и ;я, а также и и i, имеют разные знаки.

Уравнение для якорной цепи двигателя, управляемого от
полностью управляемого преобразователя, имеет вид:

ия = и = !я/?я + 1я — + ея при а < Qi < тс + а .	(5.3)
При синусоидальной форме питающего напряжения сред-
нее значение напряжения якорной цепи для полностью
управляемого преобразователя определяется по формуле

= - ( V2C/sinQidQi= — С/cos а = 0,9Ucosa.	(5.4)

Л J	Л

а

При а > 90° среднее значение напряжения якорной цепи
становится отрицательным. Если ЭДС изменяет свою поляр-
ность вследствие изменения направления вращения вала дви-
гателя на противоположное, а направление тока в якорной
цепи остается неизменным, то электрическая машина работа-
ет как генератор, отдавая энергию в сеть. Режим работы пре-
образователя, при котором энергия возвращается в сеть, на-
зывается инверторным и применяется для рекуперативного
торможения двигателя. Поскольку из-за односторонней про-
водимости тиристоров ток якоря не изменяет свое направле-
ние, а полярность напряжения якорной цепи может изме-
няться, электропривод с одним комплектом полностью управ-
ляемого преобразователя может работать в первом и четвер-
том квадрантах механических характеристик.

В трехфазной мостовой схеме, в которой вместо диодов
включены тиристоры (рис. 5.12, а), управляющие импульсы
(Jyl - Uy2, поступающие от СИФУ, должны быть соответст-
вующим образом сфазированы с напряжением трансформа-
тора (сети), т.е. подаваться в нужные моменты времени.
Сдвиг импульсов относительно базовой точки происходит в
сторону отставания. За базовые необходимо брать точки а, б,
в и г, д, е (см. рис. 5.12, б) естественного отпирания диодов.
Если управляющие импульсы подавать на тиристоры в базо-
вых точках, то получим наибольшее выпрямленное напряже-
ние Uda. При подаче управляющих импульсов с отставанием
по отношению к точке естественного отпирания на угол a
(рис. 5.12, б) тиристоры открываются позже, а среднее вы-
прямленное напряжение Ud ср будет меньше, чем наибольшее
выпрямленное Udo- Среднее выпрямленное напряжение ТП
определяется по формуле

UdCp = Udo cosa,	(5.5)

где a — угол регулирования ТП.

Поскольку трехфазная мостовая схема имеет две группы
тиристоров, а ток в любой момент протекает минимум че-
рез два тиристора, СИФУ вырабатывает сдвоенные импульсы
Рис. 5.12. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя (а). Гра-
фики напряжений (б)

(см. рис. 5.12, б), сдвинутые относительно друг друга на 60 эл.
град. В этом случае имеет место одновременная подача им-
пульсов в тиристоры двух различных групп (VI и V6,
VI и V2, V3 и V2, и т.д.). Наличие двух групп тиристоров
обеспечивает шестипульсное выпрямление (кривая Ud, см.
рис. 5.12, б).

5.3.	ИНВЕРТОРЫ

Инвертированием называют процесс преобразования
электрической энергии постоянного тока в переменный.
Преобразователь, выполненный на базе полупроводниковых
приборов и осуществляющий такое преобразование, называ-
ется инвертором.
Автономным (самокоммутируемым и независимым) инвер-
тором является преобразователь, выходные параметры кото-
рого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения) оп-
ределяются схемой преобразователя, системой управления и
режимом его работы в отличие от инвертора, ведомого сетью,
выходные параметры которого определяются параметрами
сети.

В автономных инверторах коммутация вентилей осуществ-
ляется либо включением и выключением полностью управ-
ляемых полупроводниковых приборов, либо с помощью уст-
ройств принудительной коммутации, входящих в состав схе-
мы преобразователя и создающих коммутируемое напряже-
ние, обеспечивающее включение не полностью управляемых
полупроводниковых приборов.

Принцип действия автономного инвертора можно проил-
люстрировать рис. 5.13, а. Если переключать попарно через
полупериод 772 ключи К1, КЗ и К2, К4, то график напряже-
ния Uab на нагрузке будет прямоугольной формы с амплиту-
дой Uab = U и частотой f = \/Т (см. рис. 5.13, б). При ак-
тивной нагрузке форма кривой тока будет повторять кривую
напряжения. В схеме рис. 5.13, а очень просто увеличить
число фаз, для чего нужно добавить пару ключей и подклю-
чить нагрузку к точкам между ними (штриховые линии на
рис. 5.13, а). В трехфазном варианте схема очень похожа на
мостовой выпрямитель; разница состоит лишь в том, что ис-
точник питания и нагрузка поменялись местами.

а

б

Рис. 5.13. Схема автономного инвертора (а). Графики (б) напряжения Uat> и
тока иа выходе инвертора
Форму выходного напряжения и, следовательно, его гар-
монический состав можно менять, изменяя продолжитель-
ность включенного состояния t, и момент включения t' пары
ключей (штриховая линия на рис. 5.13, б).

Процессы усложняются при активно-индуктивной нагруз-
ке. При этом схема (рис. 5.13, а) окажется неработоспособ-
ной, поскольку при разрыве такой цепи напряжения на
ключах достигнут бесконечно большой величины. Для обес-
печения нормальной работы ключи шунтируют диодами, а
источник питания, если его внутреннее сопротивление вели-
ко — конденсатором (рис. 5.14, а). При прямоугольной форме
напряжения, кривые тока будут состоять из участков экспо-
нент (рис. 5.14, б). Напряжение и ток имеют различную
форму и гармонический состав, первые гармоники тока и
напряжения сдвинуты относительно друг друга на некото-
рый угол.

Преобразование постоянного напряжения в переменное
может осуществляться с использованием всех типов силовых
полупроводниковых ключей. За последние годы в области
средних и больших мощностей до 1000 кВт начинают широ-
ко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более вы-
сокую стоимость по сравнению с традиционными тиристора-
ми, они представляют разработчикам более широкие воз-
можности формирования напряжения и тока.

По характеру процессов, протекающих в автономных ин-
верторах, их разделяют на инверторы напряжения (АИН) и
инверторы тока (АНТ).

Рис. 5.14. Схема автономного инвертора напряжения (а). Графики (б) иа
пряжения иаьти тока 4 иа выходе инвертора
Инвертор напряжения — инвертор, питаемый от цепи по-
стоянного тока с преобладающими свойствами (характери-
стиками) источника напряжения.

Схема (см. рис. 5.14, а) представляет собой инвертор на-
пряжения, именно оно формируется принудительно, а ток
существенно зависит от нагрузки. В схеме АИН источник по-
стоянного напряжения подключен непосредственно к ключе-
вым элементам, которые периодически с изменением поляр-
ности подключают это напряжение к нагрузке. В результате
нагрузка питается переменным напряжением. Нагрузка в
этом случае должна носить индуктивный или активно-
индуктивный характер.

Для устранения перенапряжений на элементах схемы при
коммутации ключей часть энергии, накопленной в индуктив-
ной нагрузке, возвращают в цепь источника постоянного на-
пряжения. С этой целью ключевые элементы шунтируют
быстро восстанавливающимися диодами, включенными «об-
ратно» по отношению к полярности питающего источника.
Такие диоды называют «обратными» диодами. Последние
обеспечивают путь для протекания тока на интервалах вре-
мени, на которых знаки тока и напряжения противоположны.

В АИН с трехфазным выходом минимальное число управ-
ляемых ключей равно шести (рис. 5.15, а). Номера ключей
соответствуют очередности вступления их в работу, пред-
ставленной на диаграмме (рис. 5.15, б). Логика работы клю-
чей: в каждой фазе обязательно должен быть замкнут один и
только один из ключей в каждой паре (S1 или S4; S3 или S6;
S5 или S2). В том случае, когда длительность открытого со-
стояния каждого ключа равна тг (и, следовательно, в откры-
том состоянии всегда находятся три ключа) кривые фазных
IJa0, UbQ, UcQ и линейного напряжения Unbl при соединении на-
грузки по схеме звезда, имеют вид, показанный на рис. 5.15,
в и г.

В выходном напряжении трехфазного мостового инверто-
ра отсутствуют гармоники, кратные трем. Относительное
значение 5-й гармоники равно 20 % основной, 7-й — 14,3 %,
11-й — 9 %, 13-й — 7,7 % и т.д.

С появлением мощных IGBT и IGCT стало возможным
построение инверторов напряжения по многоуровневым схе-
мам с ШИМ-управлением. Наибольшее распространение в
мировой практике для электроприводов среднего напряжения
получила схема трехуровневого (трехточечного) инвертора,
называемая NPC (neutral point clamp), позволяющая при ис-
пользовании полупроводниковых приборов класса напряже-

Рис. 5.15. Схема автономного трехфазного мостового инвертора напряжения
(а). Диаграмма интервалов времени открытого состояния ключей (б). Гра-
фики фазных (в) и линейного (г) напряжений иа выходе инвертора

ния 4,5 кВ построить преобразователи частоты на напряже-
ние до 4,2 кВ без использования согласующих трансформато-
ров.

Достоинствами АИН являются: жесткая внешняя характе-
ристика, независимость формы выходного напряжения от
параметров нагрузки, возможность работы при переменной
частоте и, в частности, при низких и сверхнизких частотах
(единицы и доли герца).

Инвертор тока — инвертор, питаемый от цепи постоян-
ного тока с преобладающими свойствами источника тока.

Внешне АИТ похожи на АИН, имеют аналогичную струк-
туру (рис. 5.16, а), однако процессы в них существенно раз-
личаются. Основное различие — в способе питания: на входе
АНТ включен реактор Ld, индуктивность которого достаточна
для поддержания тока нагрузки практически неизменным в
течение полупериода выходной частоты АИТ. Таким образом,
в АИТ задается мгновенное значение тока и он получает пи-
тание от источника тока. Напряжение — зависимая перемен-
ная (рис. 5.16, б). Индуктивность сглаживающего реактора Ld
оказывает существенное влияние на динамические характе-
ристики АИТ. В частности, чем меньше Ld, тем меньше
всплески и провалы напряжения на выходе АИТ при
скачкообразном изменении нагрузки на его выходе.

В АИТ ключевые элементы изменяют направление тока в
нагрузке (но не его мгновенное значение), так что нагрузка

Рис. 5.16. Схема автономного инвертора тока (а). Графики (б) напряжения
иаь и тока 1'н иа выходе инвертора
питается как бы от источника тока, что и нашло свое отра-
жение в соответствующей терминологии — инвертор тока.

Нагрузка ЛИТ, как правило, носит емкостной характер
(см. на рис. 5.16, а конденсатор Ск), так как при индуктивной
нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникли бы
перенапряжения, нарушающие нормальную работу схемы.

К числу достоинств ЛИТ относится сравнительно хорошая
форма кривой выходного напряжения при наличии на выхо-
де параллельного конденсатора. Основными недостатками
АИТ являются падающая внешняя характеристика и зависи-
мость величины и формы кривой выходного напряжения от
частоты, в связи с чем обычно АИТ используется в диапазоне
частот от 50 до 1000 Гц.

5.4.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Преобразователем частоты называют полупроводниковый
преобразователь, осуществляющий преобразование энергии
переменного тока одной частоты в энергию переменного тока
другой частоты.

Преобразователи частоты классифицируются по мощно-
сти, напряжению, числу фаз входного и выходного напряже-
ний, схеме преобразования. Работа преобразователя и его
технико-экономические характеристики в основном опреде-
ляются схемой преобразования, от которой зависят: парамет-
ры выходного напряжения; коэффициент мощности преобра-
зователя по входу и выходу; форма кривой переменного тока,
потребляемого из питающей сети; внешняя характеристика;
КПД.

Существуют различные схемы статических преобразова-
телей частоты (ПЧ), каждая из которых удовлетворяет кон-
кретным требованиям по мощности, диапазону регулирова-
ния частоты вращения двигателя, КПД, простоте осуществле-
ния регулирования и др. Подавляющее большинство наибо-
лее распространенных схем можно разделить на два класса:
ПЧ с непосредственной связью питающей сети и цепей на-
грузки и ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока.

Принцип действия ПЧ с непосредственной связью с сетью
заключается в том, что напряжение питающей сети непо-
средственно подается на статорные обмотки двигателя через
вентили, когда они открыты. Частота напряжения на фазах
двигателя регулируется последовательностью включения вен-
тилей, а амплитуда — изменением угла их включения.
В ПЧ с непосредственной связью с сетью энергия источ-
ника переменного тока передается в нагрузку непосредст-
венно на проводящих интервалах силовых ключей схемы
11реобразователя.

Функциональная схема ПЧ с непосредственной связью
показана на рис. 5.17, а. Система управления (СУ) обеспечи-
вает нужную последовательность включения вентилей сило-
вой части (СЧ). Линии трехфазной сети до ПЧ обозначены
буквами А, В, С, а после ПЧ — а, в, с. Графики изменения
линейных напряжений UAB, UBC, Uca изображены на рис. 5.17,
б. На примере формирования напряжения Uab рассмотрим,
какую последовательность работы СЧ должна обеспечить
СУ, чтобы на выходе ПЧ получить частоту напряжения
меньше, чем на входе. Напряжения Ubc и Uca образуются
аналогично. Для простоты сначала рассмотрим работу ПЧ
при угле включения вентиля а = 0. Напряжение Uab будет
иметь меньшую частоту по сравнению с UAB, если время,
в течение которого оно положительно, и время, в течение
которого оно отрицательно, больше, чем у напряжения
UAB. Как видно из рис. 5.17, в такое напряжение будет обес-
печено, если СЧ в интервалах Afb Af2, Af3 к линиям айв
подключит соответственно линии А и В, В и С, С и А. Таким
образом, напряжение Uab будет положительным более дли-
тельное время, чем UAB. Для получения отрицательного зна-
чения Uab той же длительности необходимо в интервалах At4,
AtBl к линиям а и b подключить соответственно линии С
и А, А и В, В и С. Далее все повторить. Кривая напряжения,
полученного на выходе ПЧ при угле включения вентилей
<х = 0, состоит из отрезков полуволн напряжения сети
(рис. 5.17, в). Если к ПЧ присоединить фильтр Ф, то можно
выделить первую гармонику, изображенную на рис. 5.17, в
пунктирной синусоидой. Из рисунка видно, что частота
напряжения (Д подаваемого на двигатель, меньше частоты
питающей сети, Если изменить угол включения вентилей
(х. то на каждом очередном полупериоде питающего на-
пряжения можно одновременно с частотой изменить как
амплитуду напряжения на выходе ПЧ, так и получить напря-
жение, более близкое к синусоидальному. При этом упро-
щается конструкция фильтра и увеличивается КПД элек-
тропривода. Изменение амплитуды напряжения на выходе
ПЧ при а = d| по сравнению с а = 0 показано на
рис. 5.17, г.

Преобразователь частоты с непосредственной связью в
общем виде представляет собой совокупность включенных в
Рис. 5.17. Схема преобразователя частоты с непосредственной связью с се-
тью (а). Графики напряжений питающей сети (б), напряжений иа выходе
преобразователя при углах отпирания тиристоров а = 0 (в) и а * 0 (г)
каждую фазу и работающих согласованно реверсивных ти-
ристорных преобразователей постоянного тока.

Основным достоинством ПЧ с непосредственной связью
является естественная коммутация вентилей под действием
напряжения питающей сети, как это происходит в управляе-
мых тиристорных преобразователях, используемых в элек-
троприводе постоянного тока. Благодаря возможности пере-
вода преобразователя из выпрямительного режима в инвер-
торный возможно рекуперативное торможение двигателя.

Преимуществом ПЧ с непосредственной связью является
также однократное преобразование энергии, благодаря чему
достигается высокий КПД. К недостаткам следует отнести
ограниченный (до 0,4 Д) диапазон регулирования частоты, а
также наличие большого числа вентилей и сложной системы
их управления. Вследствие малого диапазона регулирования
частоты такие ПЧ находят применение в электроприводах с
небольшим диапазоном регулирования частоты вращения ва-
ла двигателя.

Преобразователи на тиристорах с непосредственной свя-
зью подразделяются на ПЧ с естественной коммутацией ти-
ристоров (под воздействием напряжения питающей сети),
называемые циклоконверторами, и ПЧС с искусственной
(принудительной) коммутацией тиристоров.

Для электроприводов с большим диапазоном регулирова-
ния частоты вращения используют ПЧ с промежуточным
(веном постоянного тока. В таких ПЧ напряжение сети пере-
менного тока вначале выпрямляется, а затем снова преобра-
зуется в напряжение переменного тока, но уже требуемой
регулируемой частоты и амплитуды. Преобразователи часто-
ты с промежуточным звеном постоянного тока бывают с
управляемым и неуправляемым выпрямителем.

Функциональная схема ПЧ с управляемым выпрямителем
показана на рис. 5.18, а. На вход управляемого выпрямителя
УВ поступает переменное напряжение сети. На выходе УВ
напряжение сети преобразуется в напряжение U„ постоянно-
го тока, значение которого определяется сигналом управле-
ния, поступающим на УВ от блока управления выпрямителем
БУВ. Выход УВ непосредственно связан со входом инвертора
ЛИ, который преобразует поступающее на его вход напря-
жение постоянного тока в напряжение переменного тока.
Причем частота Д выходного напряжения U\ зависит от
управляющего сигнала, поступающего на инвертор АИ от
блока управления инвертора БУИ. Управляющие сигналы,
поступающие на БУВ и БУИ, формируются в блоке задания
Рис. 5.18. Схема преобразователя частоты с промежуточным звеном посто-
янного тока (а). Графики (б) напряжения иа выходе преобразователя

скорости БЗС напряжением U3, соответствующим заданной
частоте вращения. Таким образом, на статорные обмотки
двигателя поступает напряжение, амплитуда которого фор-
мируется управляемым выпрямителем, а частота — инверто-
ром, т.е. можно независимо регулировать частоту и амплиту-
ду питающего напряжения, что является существенным пре-
имуществом.

Схема выпрямителя выбирается из условия обеспечения
требований: регулирования выходного напряжения; влияния
на источник переменного напряжения, питающего ПЧ;
допустимому уровню пульсаций выпрямленного напряжения
и др.

При питании ПЧ от промышленной сети выпрямитель ча-
ще всего выполняется по трехфазной мостовой схеме. Для
уменьшения пульсаций напряжения на его выходе устанав-
ливается фильтр (на рис. 5.18 не показан), основные функции
которого заключаются в максимальном уменьшении напря-
жения высших гармоник при минимальном ослаблении пер-
вой (основной гармоники) выходного напряжения. Существу-
ет большое разнообразие фильтров, при этом структуры
фильтров АИН и АИТ различны. Если автономный инвертор
выполнен по схеме АИН, то фильтр должен иметь емкостной
характер, а при выполнении инвертора по схеме АИТ — ин-
дуктивный характер.

В ПЧ с регулируемой в широком диапазоне частотой вы-
ходного напряжения, предназначенных для питания асин-
хронных двигателей, звено инвертора выполняется, как пра-
вило, по схеме АИН.

В ПЧ очень часто, наряду с регулированием частоты, тре-
буется регулирование уровня выходного напряжения. В зави-
симости от схемы инвертора, входящего в ПЧ, могут быть
использованы различные схемы регулирования выходного
напряжения. Их можно разделить на следующие группы:

1.	Регулирование напряжения на входе.

2.	Регулирование путем воздействия на процессы в инвер-
торе, влияющие на выходное напряжение.

Способы первой группы основаны на пропорциональности
выходного напряжения инвертора входному. Они применя-
ются в том случае, когда источником постоянного тока явля-
ется управляемый выпрямитель.

В АИН регулирование выходного напряжения наиболее
целесообразно осуществлять путем изменения длительности
проводящего состояния ключей инвертора, используя для
итого различные способы модуляции напряжения, например,
широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Этот способ моду-
ляции основан на непрерывном изменении (модуляции) по
заданному закону (например, синусоидному) длительности
высокочастотных импульсов несущей частоты /и = 1/Ти, обра-
зующих кривую выходного напряжения инвертора, рис. 5.19.
Закон модуляции должен обеспечить получение заданной ам-
плитуды основной гармоники выходного напряжения.

Рис. 5.19. Графики напряжения и тока на выходе преобразователя частоты
с ШИМ
Содержание высших гармоник в выходном напряжении
инвертора при использовании ШИМ сводится к минимуму,
если использовать модуляцию по синусоидальному закону.
При этом роль выходных фильтров в обеспечении синусои-
дальности напряжения сводится к минимуму, поскольку от-
носительное содержание высших гармоник очень мало.

Основные ограничения в использовании способа ШИМ
заключаются в сложности систем управления ключевыми
элементами. Кроме того, требуются полностью управляемые
ключевые элементы, способные функционировать на высо-
ких частотах, т.е. с малыми интервалами времени включения
и выключения. Практически такие технические решения
стали осуществимыми лишь недавно — с появлением ключе-
вых элементов, обладающих очень высоким быстродействием
(IGBT и другие), и микропроцессорных устройств управления
ими.

Управление с помощью ШИМ выпрямленного напряжения
звена постоянного тока имеет следующие преимущества:

масса и габариты элементов силового фильтра минималь-
ны; по сравнению с АИМ уменьшение массы дросселя воз-
можно почти на порядок, а емкости конденсаторов — при-
мерно в два раза;

коэффициент мощности ПЧ с ШИМ близок к единице во
всем диапазоне изменения частоты;

возможно формирование различных механических харак-
теристик электропривода, вплоть до характеристик, анало-
гичных глубокорегулируемому электроприводу постоянного
тока.

Наряду с перечисленными достоинствами применение
ШИМ имеет следующие недостатки;

для получения малых гармонических искажений необхо-
димо увеличивать частоту ШИМ (20 — 25 кГц), что приводит к
увеличению динамических потерь в ключах инвертора;

тяжелые условия работы инвертора;

не полностью используется напряжение источника пи-
тания;

импульсная форма напряжения на выходе ПЧ, что отрица-
тельно сказывается на межвитковой изоляции двигателя;
снижение этого явления достигается установкой синусных
фильтров, а также специальных кабелей, подавляющих высо-
кочастотные составляющие напряжения на выходе ПЧ.

Особенно остро в частотно-регулируемых электроприво-
дах стоит проблема их электромагнитной совместимости с
питающей сетью. Больше всего проблем создает гармониче-
222
< кий состав токов, потребляемых частотно-регулируемым
(лектроприводом из сети. Преодоление этого явления воз-
можно с помощью сетевого дросселя на входе ПЧ, параметры
которого подбираются в зависимости от длины кабеля и
мощности питающей линии, а также заменой б-пульсной
схемы выпрямления на 12- и 24-пульсную.

Основным прибором, занимавшим монопольное положе-
ние в устройствах средней и большой мощности, длительное
время являлся тиристор, обладающий неполной управляемо-
стью. Этот фактор был связан с необходимостью принуди-
тельной коммутации тиристора при его выключении. В ре-
зультате затруднялась практическая реализация схем выпря-
мительно-инверторных преобразователей, позволяющих ра-
ботать во всех четырех квадрантах комплексной плоскости.
Использование полностью управляемых ключей позволяет
успешно решать эти задачи.

5.5.	РЕВЕРСИВНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Изменение направления тока в нагрузке, необходимое
па практике (например, реверсивный электропривод), может
быть осуществлено без применения переключающих ап-
паратов. Для этого достаточно иметь два комплекта вентилей
тиристорных преобразователей (ТП), каждый из которых
обеспечивает протекание тока только в одном направ-
лении.

Все существующие схемы реверсивных ТП можно раз-
делить на два класса: встречно-параллельные и пере-
крестные.

Наибольшее распространение в трехфазных мостовых
схемах выпрямления получила встречно-параллельная схема
соединения комплектов вентилей, так как в ней используется
более простой двухобмоточный трансформатор (рис. 5.20, а),
и, кроме того, она допускает применение бестрансформатор-
пого питания вентильных комплектов непосредственно от
сети трехфазного тока.

В перекрестной схеме (рис. 5.20, б) обязательным является
трансформатор Тр с двумя комплектами вторичных обмоток,
что ведет к усложнению конструкции, увеличению габарит-
ной мощности и удорожанию трансформатора.

В зависимости от полярности напряжения на нагрузке Н и
направления тока в ней в реверсивном ТП возможны сле-
дующие режимы:
Рис. 5.20. Схемы реверсивных преобразователей:
а — встречно-параллельная; б — перекрестная

1.	Напряжение и ток в нагрузке совпадают и имеют пря-
мое направление — первый комплект вентилей УВ1 работает
в выпрямительном режиме. При этом угол управления cci у
вентилей этого комплекта 0 < а, < 90°, и нагрузка потребляет
энергию.

2.	Напряжение на нагрузке обратное, но ток в нагрузке
продолжает протекать в прямом направлении — комплект
УВ1 работает инвертором (90° < <Xi < 180°). Энергия из цепи
нагрузки отдается в сеть.

3.	Напряжение и ток нагрузки обратные — комплект УВ2
работает выпрямителем (0 < а2 < 90°), и нагрузка потребляет
энергию.

4.	Напряжение на нагрузке прямое, а ток обратный — УВ2
работает в инверторном режиме (90° < а2 < 180°), и нагрузка
отдает энергию в сеть.

Перевод ТП и нагрузки из одного режима в другой осу-
ществляется путем воздействия на утлы управления вентиль-
ными комплектами.

В реверсивных ТП необходимо, чтобы переход тока от
одного вентильного комплекта к другому переходил без пауз,
ухудшающих динамические характеристики ТП, и чтобы
в контуре, образованном обеими группами (в схемах на
рис. 5.20 этот контур показан стрелками), уравнительный ток,
бесполезно загружающий вентили и трансформатор, был бы
сведен к минимальному значению.

Эти требования выполняются, если равны постоянные со-
ставляющие напряжений комплекта, работающего в выпря-
мительном либо в инверторном режиме, и другого комплекта,
через который в данный момент времени ток нагрузки не
проходит и управление которым подготовлено соответственно
к инверторному или выпрямительном режиму.

Зависимость средних значений напряжений каждого из
комплектов вентилей от углов управления этими комплекта-
ми а и Р (регулировочная характеристика) при непрерывном
токе нагрузки и принятом допущении, что коммутация мгно-
венная, определяется косинусоидальным законом (рис. 5.21):

Uda =l/d0cosa;

*Лр =tWosP.

При равенстве средних значений напряжений Uda = Udp
будем иметь а = р.

Если учесть, что для инверторного режима р = 180° — а
(см. рис. 5.21), то

CCj + 0С2 = 180°,

। де di и а2 — углы управления первого и второго комплектов

Рис. 5.21. Регулировочная
характеристика реверсивного
преобразователя
вентилей, отсчитываемые от точки естественного отпирания
вентилей.

В случае, когда управляющие импульсы подаются одно-
временно на вентили обоих комплектов ТП, а углы управле-
ния соответствуют приведенным выше равенствам, управле-
ние называется согласованным.

Для обеспечения такой связи между углами at и а2 необ-
ходимо, чтобы характеристики вход-выход а = f(UY) систем
импульсно-фазового управления (СИФУ) обоими комплекта-
ми вентилей были зеркально подобными. Для управления ТП
чаще всего используются системы управления с арккосину-
соидальной характеристикой а = К- arccos(?7y), при которой
результирующая регулировочная характеристика ТП Ud =
= f(Uy) получается линейной во всем диапазоне регулиро-
вания.

Несмотря на равенство средних значений напряжений
при согласованном управлении имеет место разность мгно-
венных значений выходных напряжений комплектов венти-
лей ТП. Причиной этого являются пульсации выходных на-
пряжений комплектов вентилей. Под действием разности
мгновенных напряжений через вентили и обмотки транс-
форматора, минуя цепь нагрузки, протекает уравнительный
ток /ур (см. рис. 5.20). Помимо дополнительных потерь в эле-
ментах схемы, уравнительный ток в переходных режимах
может привести к аварийным отключениям схемы. Для огра-
ничения уравнительного тока в цепь вентильных комплектов
включают ограничительные реакторы ОР1 и ОР2.

Полное устранение уравнительного тока может быть полу-
чено при раздельном управлении комплектами вентилей. Оно
заключается в снятии управляющих импульсов с вентилей
того комплекта, который в данный момент не проводит ток. В
этом случае один из комплектов вентилей всегда заперт и
контур для протекания уравнительного тока отсутствует. Бла-
годаря этому из схемы можно исключить ограничивающие
реакторы и полностью использовать установленную мощ-
ность ТП, так как выпрямительный комплект можно откры-
вать с нулевым углом управления. Однако при этом усложня-
ется система управления ТП, так как приходится вводить в
систему датчики тока комплектов вентилей УВ1 и УВ2 либо
датчик тока нагрузки ДТ (рис. 5.22). При спаде тока, проте-
кающего через работающий комплект вентилей, либо тока
определенного направления в нагрузке до достаточно малого
значения, логическим устройством АУ вырабатываются ко-
манды, управляющие ключами К1 и К2. Последние снимают
226
Рис. 5.22. Функциональная схема управления преобразователем, питающим
якорную цепь электродвигателя

управляющие импульсы, например, с системы управления
СУ1, и подают импульсы на систему управления СУ2 другого
комплекта вентилей ТП.

Углы управления вышедшего из работы и вновь вступив-
шего в работу комплекта должны отвечать уравнению согла-
сованного управления ai + a2 = 180°. При этом не нарушает-
ся непрерывность результирующей регулировочной характе-
ристики. Одновременная работа вентильных комплектов ТП
должна быть надежно исключена даже в течение коротких
интервалов времени, поскольку при отсутствии ограничи-
вающих реакторов броски уравнительного тока могут быть
весьма значительными,

Если ТП питает обмотку возбуждения электродвигателя,
то система управления относительно проста. Переключение
комплектов вентилей происходит в функции знака сигнала
управления электродвигателем, а логическое устройство не
разрешает произвести переключение до тех пор, пока не
уменьшится ток нагрузки.

При питании якорной цепи электродвигателя от ТП требу-
ется более сложная система управления, так как рекупера-
тивный режим возможен при сохранении знака управляюще-
। о сигнала. В этом случае для формирования сигнала, воздей-
ствующего на переключение комплектов, необходимо вклю-
чить ТП в замкнутую систему управления, что лишает его той
автономности, которой обладает реверсивный ТП с согласо-
ванным управлением.

От этого недостатка свободна схема со сканирующей ло-
гикой, в которой логическое устройство не связано с сигна-
лом управления и находится постоянно в режиме поиска
нужного комплекта (при отсутствии запрета со стороны дат-
чика тока). Благодаря этому происходит постоянное переклю-
чение комплектов до тех пор, пока не появится ток в одном
из них.

В табл. 5.5 приводятся сравнительные характеристики со-
вместного и раздельного управления тиристорными преобра-
зователями.

При совместном управлении суммарная нагрузка преобра-
зователей может значительно превышать полезную нагрузку
на выходе из-за наличия уравнительных токов. Однако эти
же токи позволяют обеспечивать непрерывное плавное
управление при малом токе нагрузки или при его отсутствии.
Данные обстоятельства обусловливают целесообразность
объединения в одной системе принципов раздельного и со-
вместного управления. В данной комплексной системе управ-
ления двухкомплектный преобразователь преимущественно
работает в режиме раздельного управления. Однако при
уменьшении тока нагрузки ниже определенного уровня обес-
печивается режим совместного управления с уравнительными
токами, позволяющий осуществлять плавное и непрерывное
регулирование при прерывистом токе якоря.

Таблица 5.5

Сравнительные характеристики совместного и раздельного
управления тиристорных преобразователей

Совместное управление	Раздельное управление
Требуются уравнительные токо- ограничивающие реакторы  Уравнительные токи вызывают до- полнительные потери и снижают КПД преобразователя  Простота реализации непрерывного плавного регулирования  Преобразователи работают, в режиме непрерывных токов  Характеристика вход-выход линейна  Высокое быстродействие благодаря непрерывному характеру тока через преобразователи  Токи короткого замыкания, между преобразователями при ложных сра- батываниях ограничиваются реакто- рами  Суммарная нагрузка преобразовате- лей превышает величину полезной нагрузки на выходе	Может возникнуть потребность в реакторах для уменьшения зоны прерывистых токов  Высокий КПД  Сложность схемных решений, обес- печивающих непрерывное и плавное регулирование в зоне прерывистых токов  Возможен режим прерывистых то- ков  Характеристика вход-выход в режи- ме прерывистых токов нелинейна Пониженное быстродействие  При ложных срабатываниях возни- кает режим короткого замыкания  Суммарная нагрузка преобразовате- лей равна нагрузке на выходе
В комплексной системе управления двухкомплектным
преобразователем уравнительные токи протекают лишь при
малых токах нагрузки, поэтому габариты реактора невелики.
11ри больших нагрузках, когда работает один комплект пре-
образователя и отсутствуют уравнительные токи, магнито-
провод реактора насыщается, и он практически не оказыва-
ет влияние на работу электропривода.

5.6.	СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Регулирование напряжения тиристорных преобразовате-
лей (ТП) осуществляется путем изменения угла открывания
тиристоров а. С этой целью каждый ТП оснащается системой
управления, которая обеспечивает формирование управляю-
щих импульсов, а также сдвиг этих импульсов по фазе отно-
сительно анодного напряжения тиристоров. Такие системы
управления называют импульсно-фазовыми.

Системы импульсно-фазового управления тиристорными
преобразователями (СИФУ) должны удовлетворять ряду спе-
цифических требований, которые можно разделить на две
группы:

1.	Требования, относящиеся к управляющему им-
пульсу.

2.	Требования, обусловленные схемой выпрямления и ис-
пользуемыми режимами ТП.

Для надежного открывания тиристора на его управляю-
щий электрод нужно подать импульс определенной полярно-
сти и длительности. Для надежного открывания любого тири-
стора данной серии применяемая СИФУ должна обеспечить
ток и напряжение управления, превышающие наибольший
ток и напряжение управления, указываемые для тиристоров
данной серии. Кроме того, мощность потерь, выделяющихся в
цепи управляющий электрод — катод, также ограничивается
максимально допустимым значением.

Минимальная длительность управляющего импульса долж-
на быть больше времени включения тиристора, а за время
существования импульса ток в анодной цепи тиристора дол-
жен успеть вырасти до уровня тока удержания.

Крутизна переднего фронта напряжения управляющего
импульса должна быть достаточной для обеспечения быстро-
го нарастания тока управления, четкого отпирания тиристора
и уменьшения потерь при включении. При малой крутизне
из-за различия параметров цепей управления тиристоров в
многофазных схемах может появиться асимметрия выпрям-
ленного напряжения.

Особенно высоки требования к крутизне управляющих
импульсов при последовательном и параллельном соединении
тиристоров, так как недостаточная крутизна приводит к их
неодновременному открыванию. При параллельном соедине-
нии это приводит к кратковременной перегрузке тиристора,
который открывается раньше, а при последовательном соеди-
нении все анодное напряжение может быть приложено к ти-
ристору, открывающемуся последним. В обоих случаях неод-
новременное открывание тиристоров может привести к вы-
ходу их из строя.

Обычно управляющий импульс формируется с крутизной
переднего фронта 0,2 — 2 А/мкс. При последовательном и па-
раллельном соединении тиристоров крутизну следует выби-
рать ближе к верхнему пределу.

Необходимый максимальный диапазон регулирования угла
а для ТП, работающего как в выпрямительном, так и ин-
верторном режимах, теоретически составляет 180°. Однако
максимальный угол регулирования из-за возможности опро-
кидывания инвертора ограничивается 150— 160°.

Под опрокидыванием инвертора понимают аварийный
процесс нарастания тока, связанный с нарушением правиль-
ной коммутации тока с одного полупроводникового прибора
на другой.

СИФУ должна обеспечивать симметрию управляющих им-
пульсов по фазам. Асимметрия вызывает неравномерную
нагрузку тиристоров из-за различной продолжительности их
работы и приводит к ухудшению условий работы питающего
трансформатора и сглаживающего дросселя. Допустимая ве-
личина асимметрии управляющих импульсов не более 3°.

Быстродействие системы управления ТП является одним
из важнейших ее показателей. С целью достижения макси-
мального быстродействия преобразователя СИФУ выполня-
ются практически безынерционными.

Наиболее распространенными являются многоканальные
синхронные системы управления ТП, построенные по «вер-
тикальному» принципу. В синхронных СИФУ отсчет утла а
выполняется от моментов естественного отпирания для каж-
дого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч).
Синхронизация с питающей сетью заключается в том, что
управляющие импульсы для каждого тиристора ТП генери-
230
руются в диапазоне, жестко связанном с периодичностью
повторения анодного напряжения.

Особенностью многоканальных СИФУ является то, что
формирование и фазовый сдвиг импульсов осуществляется в
отдельном канале для каждого вентильного плеча многофаз-
ного ТП.

Функциональная схема одного канала СИФУ показана на
рис. 5.23. Каждый канал, как правило, содержит фазодви-
гающссся устройство ФСУ и формирователь импульсов ФИ.
Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит уст-
ройство синхронизации с сетью С, генератор развертки ГР и
пороговое устройство (нуль-орган) НО. На вход НО подается
кроме опорного напряжения Uon сигнал управления ТП Uy.
В общем случае напряжение U7 может подаваться через спе-
циальное входное устройство, осуществляющее согласование
параметров сигнала управления ТП со входом СИФУ,

В момент равенства опорного напряжения [70П и напряже-
ния управления Uy пороговое устройство переключается и
формирователь импульсов ФИ в этот же момент времени вы-
дает управляющий импульс. Все перечисленные элементы
могут иметь различное исполнение и отличаться по принципу
работы.

В СИФУ используют два вида опорных напряжений: ли-
нейно изменяющееся во времени и косинусоидальное. В по-
(леднем случае при соответствующей фазировке напряжения
развертки относительно моментов естественной коммутации
•I иристоров результирующая регулировочная характеристика
ГП получается линейной Ud = KUy.

В многофазных системах число каналов СИФУ соответст-
вует числу фаз ТП. Работа каждого канала синхронизируется
< соответствующей фазой напряжения сети.

Для обеспечения симметрии работы системы управления
узел введения сигнала управления ТП U7 выполняется общим
для всех каналов,

Рис. 5. 23. Функциональная схема одного канала СИФУ
Достоинством многоканальных СИФУ является простота
структурной схемы.

Основной недостаток — необходимость подстройки кана-
лов с целью их симметрирования. Асимметрия импульсов по
каналам Ла на практике составляет 2 — 3°. Недостатком также
являются повышенные аппаратурные затраты, увеличиваю-
щиеся пропорционально числу каналов.

При «горизонтальном» принципе управления фазовый
сдвиг управляющего импульса достигается использованием
фазовращающих устройств. Этот принцип управления широ-
ко использовался на ранней стадии развития силовых стати-
ческих преобразователей, а затем утратил свое значение. Од-
нако к нему начинают возвращаться при создании цифровых
систем управления.

Для формирования СИФУ в настоящее время широко ис-
пользуются серийно выпускаемые интегральные микросхемы
общего применения (например, операционные усилители се-
рии К553УД2, логические интегральные микросхемы серии
К511, гибридные интегральные микросхемы и др. Ведутся
работы по созданию специальных микросхем, реализующих в
одном корпусе отдельные узлы или полный канал системы
управления, а также по применению микропроцессорной
техники для управления преобразователями.

Основной элементной базой для построения преобразова-
телей частоты современных частотно-регулируемых электро-
приводов малой и средней мощности являются IGB транзи-
сторы. Усилитель импульсов управления, который формирует
выходные сигналы требуемой мощности и формы для управ-
ления IGB транзисторами и изготовленный в виде отдельной
интегральной схемы, называется драйвером.

Драйвер (рис. 5.24) содержит выходной узел I, принимаю-
щий сигнал информационного канала; узел согласования II,
преобразующий информационный сигнал в сигнал управле-
ния необходимого уровня; выходной узел III, осуществляю-
щий окончательное формирование импульса управления тре-
буемой мощности и формы. Дополнительно на драйвер могут
быть возложены функции защиты силового ключа от пере-
грузки или слежения за уровнем напряжения питания мик-
росхемы.

В зависимости от применяемого вида гальванической раз-
вязки входной узел представляет собой фотоприемное уст-
ройство оптронной пары, как это показано на рис. 5.24, либо
логическую схему, передающую информационный сигнал в
узел высокочастотной трансформаторной системы разделе-
232
Рис. 5.24. Структурная схема драйвера IGB транзистора:

/ — входной узел; II — узел согласования; III — выходной узел; 1,2 —
клеммы входного сигнала; 3, 6 — клеммы для подключения источника пита-
ния; 4, 5 — клеммы выходного сигнала

ния цепей. Узел согласования представляет собой один или
несколько ключевых транзисторов, преобразующих уровень
информационного сигнала. Основные требования к узлу со-
гласования — высокий коэффициент усиления по току и по-
вышенное быстродействие.

Входные узлы и узлы согласования драйверов IGB транзи-
сторов строятся по идентичным схемам. Схема построения
выходного узла зависит от схемы цепи управления силового
ключа и временных параметров режима его управления.

Модули IGBT на токи до 600 А реализуются с включенным
в структуру драйвером, свыше 600 А — драйвер поставляется
отдельно.

5.7.	ЗАЩИТА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Одним из многих преимуществ полупроводниковых при-
боров силовой электроники являются их малые габариты.
Однако небольшая масса и размеры их поверхности обуслов-
ливают малую постоянную времени нагрева и ухудшение ус-
ловий теплоотдачи. Тепловая чувствительность полупровод-
никовых приборов предъявляет высокие требования к сред-
ствам их защиты.

В схемах преобразователей силовой электроники полупро-
водниковые ключи в наибольшей степени чувствительны к
перегрузкам по току и напряжению. По этой причине, а так-
же с учетом того, что силовые ключи являются наиболее
дорогими компонентами схемы, основное внимание при раз-
работке методов защиты следует уделять именно этим прибо-
рам. Мероприятия по обеспечению защиты схемы и ее эле-
ментов сводятся к двум основным направлениям: к устране-
нию причин и источников электрической перегрузки и мето-
дам борьбы с естественными перегрузками.

Защита от перегрузок по напряжению. Различают три ос-
новных вида перегрузок по напряжению:

1.	Возникающие в питающей сети.

2.	Связанные с процессами коммутации в схеме преобра-
зователя и обусловленные конечными временными парамет-
рами переключения силовых ключей.

3.	Обусловленные характером нагрузки.

Перегрузки первой группы определяются показателями
качества питающей сети. Поскольку данные перенапряжения
опасны для всех остальных компонентов схемы, для борьбы с
ними используют внешние (например, цепочки RC) по отно-
шению к конкретной схеме защитные устройства, включае-
мые параллельно входу преобразователя.

Перегрузки по напряжению второй группы связаны с
процессами накопления и рассасывания зарядов в ключевых
элементах схемы, а также с влиянием паразитных элементов
монтажа и корпуса полупроводниковых приборов. Данные
перегрузки ограничиваются применением дополнительных
защитных цепочек (например, RC) или снабберов, включае-
мых параллельно ключу или группе приборов.

Перегрузки по напряжению третьей группы определяются,
как правило, действием нагрузок со значительной индуктив-
ностью, что требует дополнительных элементов (например,
диодов), шунтирующих нагрузку и обеспечивающих перевод
накопленной энергии с целью исключения всплесков напря-
жения.

Защита от перенапряжений тиристора может осуществ-
ляться с помощью включаемого параллельно ему варистора,
сопротивление которого уменьшается с увеличением напря-
жения.

Защита перегрузок по току. Основными видами аварий-
ных токовых перегрузок являются:

1.	Короткие замыкания, возникающие по следующим при-
чинам: в силовой схеме, обусловленные повреждением како-
го-либо ключа или диода; из-за повреждения ключа, соеди-
ненного параллельно с несколькими другими приборами; на
выходных клеммах преобразователя (так называемое «глу-
хое» внешнее короткое замыкание); в цепи нагрузки.

2.	Токовая нагрузка, связанная со сбоями в работе систе-
мы управления, неидеальностью характеристик ключей,
характером нагрузки (пусковой режим, перегрузка двигателя)
и др.

Токовая защита тиристоров осуществляется с помощью
автоматических включателей и быстродействующих предо-
хранителей, включаемых последовательно с тиристорами.
Первые служат для защиты от длительных перегрузок, а вто-
рые — от кратковременных. Время срабатывания защитной
аппаратуры должно соответствовать характеристикам защи-
щаемого полупроводникового прибора. Значение I2t предо-
хранителя должно быть не больше, чем соответствующее
паспортное значение интеграла предельного тока ключа в
режиме перегрузки.

Автоматические выключатели или предохранители должны
обеспечивать разрыв цепи до выхода из строя тиристора,
причем автоматический выключатель, как правило, отключает
схему целиком, а предохранители могут быть установлены
для каждого прибора индивидуально.

Следует отметить, что быстродействие данных устройств
составляет единицы, а то и десятки миллисекунд, что для со-
временных полностью управляемых ключей (например, IGBT)
является недостаточным. Методы быстродействующей защи-
ты микросекундного диапазона действия основываются на
электронных схемах. Частично эти функции возлагают на
драйверы современных силовых ключей.

Ограничение скорости нарастания анодного тока. В мо-
мент подачи управляющего импульса при прямом напряже-
нии на тиристоре анодный ток начинает протекать через пе-
реход в непосредственной близости от вывода управляющего
электрода и лишь затем распространяется по всей площади
перехода. При большой скорости нарастания анодного тока и
вследствие большой его плотности вблизи управляющего
электрода возникают очаги перегрева, которые могут при-
вести к выходу прибора из строя. Поэтому при включении
тиристора производную анодного тока следует ограничивать
некоторым предельным значением. Для этой цели могут быть
использованы небольшие индуктивности в анодной цепи.
Предельные значения производной тока di/dt для тиристоров
лежат в пределах 20 — 500 А/мкс.

Ограничение скорости изменения анодного напряжения.
Если скорость изменения напряжения на тиристоре высока,
ток может достигнуть значения, достаточного для включения
тиристора без управляющего импульса. Эффект включения
тиристора под воздействием du/dt приводят к сбоям в рабо-
те преобразователя. Для защиты тиристора от непреднаме-
ренного включения при больших du/dt применяется цепочка
RC, включаемая параллельно тиристору. Предельные значе-
ния производной анодного напряжения для тиристоров со-
ставляют 20 — 500 В/мкс.

Теплоотвод. Современные полупроводниковые приборы в
открытом состоянии обладают небольшим сопротивлением.
Однако, при большом прямом токе в них могут выделяться
значительные тепловые потери, способные вызвать разруше-
ние прибора. Поэтому силовые полупроводниковые приборы
оснащаются устройствами охлаждения, способствующими
отводу тепла от полупроводникового прибора и передаче его
в атмосферу.

Обычно мощность преобразователей с естественным ох-
лаждением не превышает 10 кВт. На большие мощности ис-
пользуют охладители с принудительным воздушным или
жидкостным охлаждением. В первом случае отвод тепла в
окружающую среду осуществляется с помощью радиатора и
проходящего вдоль его теплоотводящих ребер потока воздуха,
создаваемого вентилятором. При жидкостном охлаждении в
радиатор по специальным каналам пропускают теплоотводя-
щую жидкость (вода, трансформаторное масло, диэлектриче-
ская синтетическая жидкость).

Защита цепи управляющего электрода. Цепи управляю-
щих электродов защищают как от перенапряжений, так и
аварийных токов. Малая мощность этих цепей позволяет
применять простые защитные средства, такие, как стабили-
троны, ограничивающие напряжение на управляющем элек-
троде, и токоограничивающие резисторы.

Одной из проблем, относящейся к тиристорным преобра-
зователям, является ложное срабатывание тиристоров. В цепи
управляющего электрода могут быть индуцированы импульсы
от коммутации соседних тиристоров или сетевых помех, яв-
ляющихся причиной перехода тиристора в открытое состоя-
ние и неправильной работы схемы. Для устранения влияния
помех между выводами управляющего электрода и катодом
параллельно включают конденсатор и резистор, шунтирую-
щие помехи. Кроме того, применяют скручивание и экрани-
рование проводов и др.

Схемная защита. Рассмотренные виды аварийной защиты
срабатывают не во всех возможных случаях неисправной ра-
236
боты полупроводникового прибора. Для организации защиты
цепей тиристорного преобразователя могут быть также ис-
пользованы различные схемные решения. Одним из них яв-
ляется блокировка управляющих импульсов. Обнаружив с
помощью датчика превышение допустимого тока, схема пре-
кращает подачу импульсов на тиристор. Могут быть также
использованы и другие виды защиты, например электронный
ключ, представляющий собой дополнительный тиристор,
шунтирующий основной при аварийном токе до тех пор, по-
ка не сработает автоматический выключатель.

Схема тиристорного блока с устройствами защиты пока-
зана на рис. 5.25.

Силовые ключи с интегрированной системой защиты.
Одной из основных тенденций развития современных сило-
вых ключей является объединение в едином корпусе прибора
функций переключателя, его управления и защиты. Данные
приборы, получившие название «разумные» (Smart) или ин-
теллектуальные (Intelligent), позволяют избавиться от гро-
моздких и неэкономичных дополнительных цепей защиты.

Среди уже достаточно широкого перечня этих приборов
можно выделить следующие основные группы:

1.	Силовые полупроводниковые ключи с одной или не-
сколькими встроенными системами защиты. Для управления
этими приборами требуется применение внешнего драйвера.
Эти ключи, называемые также самозащищенными, обеспе-
чивают защиту от перенапряжений, токовых перегрузок и
перегрева.

2.	Силовые ключи с интегрированными функциями защи-
ты и управления. Данные приборы получили название сило-
вых интегральных схем (Power Integrated Circuits) и, как пра-

Рис. 5.25. Схема тиристорного блока с устройствами защиты
вило, разрабатываются для конкретной области применения,
например, для систем управления электродвигателями.

3.	Силовые интеллектуальные модули IPM (Intelligent
Power Modules). Они строятся на базе IGBT — ключей для
применения в преобразователях мощностью десятки и сотни
киловатт.

5.8.	РЕВЕРСИВНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
ПОСТОЯННОГО ТОКА ПО СИСТЕМЕ
ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - ДВИГАТЕЛЬ

В реверсивных электроприводах скорость вращения дви-
гателя регулируется в обоих направлениях. В электроприво-
дах с частыми реверсами в целях увеличения быстродействия
применяется рекуперативное торможение. В этом случае ки-
нетическая энергия, запасенная в движущихся частях приво-
да, преобразуется в электрическую, что увеличивает КПД ус-
тановки в целом.

В настоящее время для реверсивных электроприводов ши-
роко применяются тиристорные преобразователи. По спосо-
бу осуществления реверса они разделяются на две группы: с
реверсом по цепи якоря и с реверсом по цепи обмотки воз-
буждения. В каждой группе изменение направления тока
якоря или тока возбуждения достигается либо релейно-
контактным способом, либо с помощью двухкомплектного
преобразователя.

При реверсе по якорной цепи через тиристорный преоб-
разователь (управляемый ключ) управление мощностью элек-
тропривода осуществляется по силовому каналу, в то время
как при реверсе по возбуждению каналом управления слу-
жит маломощная цепь возбуждения. Однако якорная цепь
двигателя значительно менее инерционна, чем цепь возбуж-
дения, в связи с neitf быстродействие систем с реверсом по
якорной цепи существенно выше.

Реверс по цепи якоря. В схемах с реверсом по цепи якоря
магнитный поток двигателя сохраняется постоянным. Ток
якоря изменяет свой знак, при этом изменяется также знак
электромагнитного момента, что в свою очередь приводит к
изменению направления вращения. Реверс тока якоря осу-
ществляется либо с помощью двухкомплектного тиристорно-
го преобразователя, либо с помощью тиристорного преобра-
зователя с контакторным реверсором.
Реверсивные приводы с реверсорами дешевле ввиду
наличия в них лишь одного комплекта вентилей. Однако
для применения в электроприводах с частыми реверсами
наиболее приемлемы двухкомплектные преобразователи,
несмотря на их большую стоимость, так как контакторные
реверсоры требуют постоянного ухода и периодической
замены.

Реверсивные электроприводы с двухкомплектным преоб-
разователем. Двухкомплектный преобразователь обеспечива-
ет работу электропривода в четырех квадрантах механиче-
ских характеристик с реверсом напряжения и тока в цепи
якоря и изменением направления вращения. Эта схема по-
строена на бесконтактных элементах, что обусловливает ее
быстродействие и надежность. В ней могут быть использова-
ны преобразователи как с раздельным, так и совместным
управлением комплектами.

В схеме с использованием двухкомплектного преобра-
зователя и совместным управлением оба комплекта ре-
гулируются одновременно. Через преобразователи постоянно
протекает небольшой уравнительный ток, составляющий
менее 20 % номинального тока. Поскольку один из комплек-
тов работает в выпрямительном режиме, а другой — в ин-
верторном, переход от двигательного режима к режиму
рекуперативного торможения происходит практически мгно-
венно.

Рассмотрим диаграммы реверса электропривода с двух-
комплектным преобразователем, рис. 5.26.

В момент двигатель вращается в прямом направлении.
Преобразователь 1 работает в выпрямительном режиме, че-
рез него протекает ток холостого тока (при отсутствии на-
грузки на валу двигателя) и уравнительный ток. Через преоб-
разователь 2, работающий в инверторном режиме, протекает
только уравнительный ток.

В момент f2 от системы управления поступает команда на
реверс. При этом система управления в процессе изменения
скорости двигателя ограничивает ток якоря заданным значе-
нием. Ток якоря начинает протекать через преобразователь 2,
который отдает энергию в сеть. При этом двигатель работает
в режиме рекуперативного торможения, его скорость умень-
шается и достигает нуля в момент t3.

С момента t3 преобразователь 2 работает в выпрямитель-
ном режиме, а двигатель разгоняется в обратном направле-
нии. Преобразователь 1 нагружен уравнительным током и
работает в инверторном режиме.
a

Рис. 5.26. Реверс по цепи якоря электропривода с двухкомплектным пре-
образователем при совместном управлении комплектами вентилей:
а — схема силовой цепи; б — диаграммы скорости, напряжений и токов
В момент Ц скорость двигателя достигает установившегося
значения, и ток якоря уменьшается до значения тока холо-
стого хода.

В момент t5 к валу двигателя прикладывается нагрузка, что
приводит к увеличению тока якоря.

В схеме с раздельным управлением двухкомплектным пре-
образователем уравнительный реактор отсутствует. В каждый
момент времени во избежание появления короткозамкнутых
контуров допускается работа лишь одного из преобразовате-
лей. В результате в момент переключения преобразователей
образуется небольшая бестоковая пауза продолжительно-
стью до 20 мс, которая начинается в момент срабатывания
датчика нулевого тока.

Реверс по цепи обмотки возбуждения. Для изменения на-
правления вращения двигателя в схемах с реверсом по цепи
возбуждения при неизменном направлении тока в цепях яко-
ря меняется полярность напряжения, приложенного к обмот-
ке возбуждения. Следует отметить, что при реверсе магнит-
ного потока ухудшаются условия коммутации на коллекторе
двигателя. Кроме того, цепь возбуждения имеет большую
инерционность. Для двигателей большой мощности постоян-
ная времени цепи обмотки возбуждения может достигать 1 —
2 с. Для ускорения этого процесса применяется форсировка,
сущность которой состоит в подаче на обмотку возбуждения
повышенного напряжения, превышающего в 2 — 5 раз номи-
нальное напряжение возбуждения. Ток возбуждения при
этом изменяется быстрее и при достижении номинального
значения форсировка напряжения снимается. Таким спосо-
бом можно добиться уменьшения времени переходного про-
цесса реверса тока возбуждения.

На рис. 5.27, а показана схема электропривода с реверсом
по цепи обмотки возбуждения, при раздельном управлении
двухкомплектным преобразователем, а на рис. 5.27, б — гра-
фики изменения во времени скорости, напряжений и токов.

В момент двигатель вращается без нагрузки в прямом
направлении. На обмотку возбуждения подано номинальное
напряжение, и преобразователь 1 является источником на-
пряжения, приложенного к обмотке возбуждения. Для того,
чтобы обеспечить трехкратный коэффициент форсирования
переходного процесса, номинальному напряжению возбуж-
дения UR ном должен соответствовать угол управления 70°. В
этом случае UR ном = Ud0 cos 70° = 0,34 Ud0, где Ud0 — макси-
мальное значение выходного напряжения преобразователя
(при угле управления, равном нулю).
Рис. 5.27. Реверс по цепи возбуждения электропривода с двухкомплектным
преобразователем при раздельном управлении комплектами вентилей:
а — схема электропривода; б — диаграммы скорости, напряжений и токов
В момент t2 начинается реверс. Для этого сначала должно
быть снято до нуля выходное напряжение и преобразова-
теля в якорной цепи путем управления по силовому каналу.
При и < ея ток в якорной цепи отсутствует, затем угол
управления преобразователя 1 изменяется с 70° до 170°, пе-
реводя его в инверторный режим с выходным напряжением
UB = Ud0 cosl70° = — 0,981/dO' Это напряжение примерно в
3 раза превышает номинальное напряжение возбуждения,
что обеспечивает форсирование переходного процесса.
Вместе с уменьшением тока возбуждения падает ЭДС двига-
теля ея.

В момент t3 ток возбуждения ie и ЭДС якоря ея равны ну-
лю. В этот момент управляющие импульсы перестают посту-
пать на преобразователь 1, и до момента f4 включения пре-
образователя 2 обеспечивается пауза, составляющая 10 —
20 мс, соответствующая преобразователям с раздельным
управлением.

С момента f4 преобразователь 2 обеспечивает форсиро-
ванный рост тока возбуждения. Угол управления равен
примерно 10°, что соответствует напряжению возбуждения
UB = — Uri0 coslO0 = — O,98Udo. С момента f4 двигатель тормо-
зится с рекуперацией энергии в сеть при постоянном токе
якоря.

В момент t5 ток возбуждения достигает отрицательного
номинального значения, при этом угол управления преобра-
зователя 2 изменяется до 70°, обеспечивая номинальные зна-
чения напряжения и тока возбуждения.

В момент t6 скорость двигателя и ЭДС равны нулю. С это-
го момента двигатель начинает разгон в обратном направле-
нии с номинальным током возбуждения.

В момент f7 скорость двигателя достигает установившегося
значения, а ток якоря при отсутствии нагрузки уменьшается
до значения тока холостого хода.

В момент f8 к валу электродвигателя прикладывается
нагрузка, что приводит к увеличению тока якорной цепи.

Схема реверсивного электропривода с двумя комплектами
преобразователей, как правило, применяются в мощных
электроприводах с регулированием скорости в обоих направ-
лениях.

По существу двухкомплектный преобразователь, являясь
статическим устройством, обладает всеми техническими воз-
можностями генератора постоянного тока и значительно пре-
восходит его по быстродействию.
5.9.	СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Преобразователи с фазовым управлением (изменением
фазового угла отпирания тиристоров) находят широкое при-
менение благодаря своей простоте, надежности и экономич-
ности. Однако коэффициент мощности таких преобразовате-
лей при малых напряжениях на выходе (при больших углах
отпирания тиристоров) низок. При увеличении утла отпира-
ния увеличивается сдвиг между напряжением сети и током,
потребляемым преобразователем. Регулирование с низким
коэффициентом мощности весьма нежелательно в электро-
приводах большой мощности.

Неуправляемый и полууправляемый преобразователи пе-
ременного тока в постоянный в отношении коэффициента
мощности обладают лучшими показателями по сравнению с
полностью управляемым преобразователем.

Улучшение коэффициента мощности преобразователей
может быть достигнуто при использовании полностью управ-
ляемых полупроводниковых приборов (GTO, GCT, IGCT,
IGBT), которые могут переключаться принудительно в любой
момент времени.

Рассмотрим способы улучшения коэффициента мощности
преобразователей.

1.	Симметричное управление углом коммутации.

В этой схеме тиристоры открываются в фазе а и закры-
ваются принудительно в фазе я — а. В подобных схемах им-
пульсы потребляемого из сети тока расположены симметрич-
но относительно максимумов напряжения сети. Поэтому 1-я
гармоника тока находится в фазе с питающим напряжением,
что обусловливает cos <pt = 1.

2.	Широтно-импульсное управление. В схемах с симмет-
ричным управлением график тока сети содержит один им-
пульс в каждый полупериод изменения напряжения сети. В
гармонический состав этого тока входит 3-я гармоника,
фильтрация которой связана со значительными трудностями.
Низшие гармоники можно исключить или уменьшить, увели-
чивая число импульсов тока в течение полупериода питающе-
го напряжения.

При широтно-импульсном управлении тиристор открыва-
ется и запирается несколько раз за каждый полупериод. Из-
менением продолжительности открытого состояния тиристо-
ра регулируется выходное напряжение преобразователя.
Низшие гармоники могут быть уменьшены или исключены
совсем путем правильного выбора продолжительности им-
пульса и их числа за полупериод. Хотя при этом и расширя-
ется состав высших гармоник, но они могут быть легко от-
фильтрованы.

При широтно-импульсном управлении сдвиг по фазе 1-й
гармоники тока равен нулю (cos cpi = 1). Из низших гармо-
ник присутствуют 5-я при четырех импульсах за полупериод,
или 7-я при шести импульсах. Таким образом, при широтно-
импульсном управлении трудно фильтруемые низшие гармо-
ники ликвидируются либо значительно подавляются путем
рационального выбора числа импульсов за полупериод.

3.	Поочередное управление последовательно соединен-
ными преобразователями. Преобразователи могут быть со-
единены последовательно с целью уменьшения выходного
напряжения каждого из них, улучшения коэффициента мощ-
ности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

Если соединить последовательно два преобразователя, ка-
ждый из которых обеспечивает на выходе напряжение в диа-
пазоне от нуля до половины максимально возможного, то для
регулирования напряжения в этом диапазоне используется
один преобразователь, другой преобразователь шунтируется
обратным диодом. Это означает, что при U’ = 0,5 U первый
преобразователь полностью открыт и его угол управления
равен нулю, что приводит к увеличению коэффициента
мощности в зоне малых значений выходного напряжения.
Для регулирования относительного значения напряже-
ния в диапазоне U’ =0,5 U один преобразователь полностью
открыт (а = 0), а выходное напряжение другого преобразова-
теля регулируется.

В электроприводах с высоковольтными двигателями такие
схемы имеют преимущества перед последовательным соеди-
нением тиристоров в одном преобразователе, поскольку по-
зволяют осуществлять регулирование с высоким коэффици-
ентом мощности.
Глава 6

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
СОВРЕМЕННЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

6.1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА БУРОВЫХ УСТАНОВОК
СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ

В связи с ростом требований к повышению производи-
тельности буровых установок (БУ) все большее их число ос-
нащается индивидуальными регулируемыми электропривода-
ми исполнительных механизмов. Основным типом регули-
руемого электропривода, отвечающего в полной мере требо-
ваниям технологического процесса бурения, выпускаемых в
настоящее время отечественных БУ является электропривод
постоянного тока по системе тиристорный преобразователь-
двигатель (ТП —Д). Данный тип привода в настоящее время
применяется на всех БУ для бурения на глубине 2500 м и бо-
лее, а также на некоторых БУ для бурения на глубине 1600 м.
Указанная система электропривода обеспечивает требуемый
диапазон регулирования скорости, а в случае необходимости
этот диапазон может быть расширен за счет ослабления маг-
нитного потока двигателя. Однако при этом допустимый мо-
мент нагрузки электродвигателя уменьшается.

С конструктивной точки зрения основное преимущество
системы ТП —Д состоит в отсутствии генератора постоянного
тока, имеющего коллекторный узел и щеточный аппарат. Ти-
ристорный преобразователь является устройством статиче-
ского типа, не содержит вращающихся частей и не требует
мощных фундаментов. Тиристорные преобразователи выпол-
няются в виде унифицированных блочных конструкций с
высокой степенью надежности, долговечности и ремонтопри-
годности. Благодаря малой мощности управления можно по-
лучить хорошие статические и дийамические характеристи-
ки привода, а также обеспечить высокий уровень автомати-
зации.
Для ТП характерны и недостатки, например, некоторое
искажение формы напряжения в питающей сети, сниже-
ние коэффициента мощности при регулировании скорости
вниз от номинального значения и др. Эти недостатки не
всегда существенны и при необходимости могут быть ском-
пенсированы применением фильтро-компенсирующих уст-
ройств.

Электрооборудование, разработанное и выпускаемое для
БУ, имеет усиленную конструкцию для тяжелых условий экс-
плуатации. Комплектные ТП и системы управления выпуска-
ются в контейнерах с необходимыми системами вентиляции,
обогрева и освещения, что обеспечивает надежную работу и
удобство обслуживания. Применительно к БУ кустового бу-
рения особо следует отметить такое важное преимущество
электрического привода, как отсутствие жестких механиче-
ских связей между блоками БУ, которые, по существу, заме-
няются гибкими кабельными связями. Контейнер с устройст-
вами для питания электроприводов лебедки, ротора и регуля-
тора подачи долота устанавливается в непосредственной бли-
зости к вышечно-лебедочному блоку и при переходе на но-
вую скважину в кусте передвигается вместе с ним. Контей-
нер для питания привода буровых насосов устанавливается
рядом с насосным блоком. В результате обеспечиваются до-
полнительные удобства при передвижках оборудования со
значительной экономией времени. Кроме того, благодаря
применению тиристорного электропривода достигается уни-
фикация оборудования БУ в электрическом и дизель-
электрическом вариантах. Различие состоит только в части
источников питания (соответственно это трансформаторная
подстанция или автономная электростанция).

В настоящее время отмечается тенденция оснащения БУ
электрооборудованием, рассчитанным на напряжение пита-
ния 690 В переменного тока, и двигателями постоянного тока
на напряжение 800 В, что обеспечивает следующие преиму-
щества:

снижение массы электрооборудования на 30 % по сравне-
нию с использованием напряжения 400 В;

уменьшение площади, занимаемой оборудованием, эко-
номия в массе и стоимости конструктивных блоков и моду-
хей БУ;

уменьшение числа кабелей и монтажных соединений, в
связи с чем повышаются монтажно-транспортные показатели
оборудования, что особенно важно для БУ повышенной
।ранспортабельности.
Указанные мероприятия реализованы в буровой установке
БУ-3900/225-ЭПК БМ.

Направления развития электропривода основных меха-
низмов буровых установок в основном совпадают с об-
щей тенденцией развития электропривода на современном
этапе — это постоянно расширяющаяся область применения
регулируемого электропривода и компьютерных средств ав-
томатизации при создании нового и модернизации дейст-
вующего оборудования.

Применительно к буровым установкам следует отметить
специфические требования в отношении безопасности рабо-
ты персонала, надежности и взрывозащиты.

Конкретизируем направления совершенствования элек-
тропривода:

1.	Широкое применение силовых полупроводниковых пре-
образователей новых поколений для регулирования коорди-
нат (скорости, положения, момента и др.) электропривода.

2.	Повышение мощности и снижение габаритов силовых
полупроводниковых преобразователей энергии.

3.	Стандартизация, унификация электрооборудования и
повышение уровня его заводской готовности.

4.	Повышение КПД и других технико-экономических по-
казателей.

5.	Создание серий комплектных электроприводов, вклю-
чающих силовое электрооборудование, системы автоматиче-
ского управления, контроля и диагностики.

6.	Унификация и миниатюризация аппаратуры управления.

7.	Применение средств вычислительной техники, исполь-
зование модульного построения систем управления.

8.	Разработка типовых структур управления электроприво-
дов на основе использования средств вычислительной тех-
ники.

9.	Совершенствование конструкции электродвигателей и
аппаратуры управления с целью повышения их уровня
взрывозащиты и надежности.

10.	Создание средств автоматизированного проектирова-
ния.

В настоящее время все ведущие электротехнические
фирмы выпускают регулируемые электроприводы комплект-
но с компьютерными средствами автоматизации в виде гиб-
ко программируемых систем, адаптируемых к широкой об-
ласти их применения.

Примером таких электроприводов могут служить электро-
приводы постоянного тока на основе преобразователей серии
248
SIMOREG DC MASTER, разработанные фирмой «Siemens».
Область применения регулируемых электроприводов различ-
ных типов в значительной степени определяется применяе-
мой элементной базой силовых полупроводниковых преобра-
зователей энергии. В связи с освоением промышленностью
полностью управляемых силовых полупроводниковых прибо-
ров в модульном исполнении: мощных полевых транзисторов
(MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным за-
твором (IGBT), запираемых тиристоров с интегрированным
управлением (IGCT) и запираемых тиристоров (GTO) разра-
ботаны полупроводниковые преобразователи, обеспечиваю-
щие плавное и экономичное регулирование скорости элек-
тродвигателей в широком диапазоне. На базе выпускаемых
силовых полупроводниковых модулей создаются регулируе-
мые электроприводы по системе преобразователь частоты —
асинхронный короткозамкнутый двигатель (ПЧ —АД).

При мощности электропривода до 1 МВт для создания
ПЧ в настоящее время используются модули IGBT, более
1 МВт — модули GTO или IGCT.

Создание надежных статических преобразователей часто-
ты для управления асинхронными электродвигателями с ис-
пользованием средств микропроцессорной техники привело к
массовому применению электроприводов по системе ПЧ —АД
в различных отраслях промышленности. Разработки в облас-
ти частотно-регулируемых электроприводов нашли примене-
ние в электроприводах исполнительных механизмов ряда за-
рубежных буровых установок наземного и морского бурения.

С середины 1990-х годов компанией АВВ начата комплект-
ная поставка электрооборудования для БУ с частотно-
регулируемыми электроприводами. В комплект входят элек-
троприводы буровой лебедки, буровых насосов, верхнего
привода (или ротора), а на морских БУ — электроприводы
якорных лебедок и гребных винтов. В качестве приводных
двигателей применены асинхронные короткозамкнутые
электродвигатели типа HXR, разработанные специально для
использования в частотно-регулируемых электроприводах и
приспособленные к условиям бурения. Электродвигатели —
малошумные, с низким уровнем вибрации, с принудительной
вентиляцией мощностью до 1400 кВт, не требующие водяного
охлаждения.

Каждый привод имеет индивидуальный инвертор, работа
которого основана на принципе широтно-импульсной моду-
ляции (ШИМ). Инверторы построены по мостовой трехфаз-
пой схеме, состоящей из шести полупроводниковых клю-
чей. Каждый инвертор имеет свою собственную микропро-
цессорную систему управления. Для управления системой
имеется контроллер прикладного программного обеспечения,
позволяющий одновременно управлять несколькими инвер-
торами. Статическая точность регулирования частоты враще-
ния с обратной связью от импульсного датчика — 0,01 %; без
обратной связи — от 0,5 до 3 %. Частотно-регулируемые
электроприводы указанных типов нашли широкое примене-
ние на БУ месторождений Северного моря.

С 1998 г. компанией АВВ поставляются многодвигательные
асинхронные частотно-регулируемые электроприводы типа
ACS600 Multy Drive. Компанией ABB освоена также серия
высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов
мощностью от 315 до 5000 кВт серий ACS 1000. В качестве
ключевых элементов в инверторах этой серии используются
модули IGCT.

По сравнению с электроприводом по системе ТП —Д час-
тотно-регулируемый электропривод обладает следующими
преимуществами:

уменьшение массы и габаритов электрооборудования;

простота решения проблемы обеспечения взрывозащиты
электродвигателя;

более высокая точность регулирования скорости;

достижение требуемых показателей функционирования
электропривода в динамических режимах за счет прямого
управления моментом;

уменьшение динамических нагрузок в колонне бурильных
труб (КВТ) и передаточном механизме, поскольку момент
инерции ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя
значительно меньше момента инерции ротора двигателя по-
стоянного тока;

простота обеспечения сопряжения локальных систем ав-
томатики с системой управления верхнего уровня;

повышение надежности и долговечности электропривода,
работающего в тяжелых условиях эксплуатации;

сокращение затрат на техническое обслуживание и про-
стои технологического оборудования благодаря встроенной
системе диагностики;

более высокое значение КПД за счет применения в пре-
образователях полупроводниковых приборов нового поколе-
ния с малыми внутренними потерями энергии и др.

Преимущества частотно-регулируемого электропривода
конкретных исполнительных механизмов БУ приведены в
табл. 6.1.
Таблица 6.1

Преимущества частотно-регулируемого электропривода переменного тока

Технологический механизм и его назначение	Приводная мощность	Преимущества
Буровой насос для созда- ния циркуляции промы- вочной жидкости в сква- жине	От 300 до 1180 кВт	Наилучшее использование установленной мощности и работа в оптимальных ре- жимах для каждого интерва- ла бурения.  Увеличение скорости вра- щения долота, средней мощ- ности, подводимой к долоту. Возможность пуска насоса под нагрузкой.  Облегчение восстановления циркуляции,	сокращение  затрат времени на промывку скважины.  Уменьшение числа рейсов в связи с увеличением средней проходки на долото
Буровая лебедка для подъ- ема инструмента и подачи долота на забой	Для подъема от 320 до 1000 кВт	Повышение производитель- ности спускоподъемных опе- раций.  Сокращение числа механи- ческих передач.  Повышение надежности ме- ханического оборудования. Сокращение энергетических затрат
	Для подачи от 32 до 90 кВт	Автоматическое регулирова- ние подачи долота с помо- щью регулятора активного типа не может быть реали- зовано без использования полноуправляемого электро- привода
Ротор для передачи энер- гии долоту с поверхности через колонну бурильных труб и производства вспо- могательных операций при бурении	От 150 до 500 кВт	Повышение механической и рейсовой скорости бурения. Ограничение напряжений в трубах и защита от поломок
Комплект вспомогательных механизмов для механиза- ции трудоемких процес- сов, в том числе: пескоотделитель ПГ60/300; илоотделитель ИГ45/75; ситогидроциклонный сепа- ратор СГО 45/150 или 65/300; гидроциклонный глиноотделитель ГУР-2; на- сосный агрегат блока при- готовления и обработки бурового раствора	Суммарная ус- тановленная мощность элек- трооборудова- ния циркуляци- онной системы от 200 до 770 кВт, по- требляемая мощность не более 360 кВт	Выбор оптимального техно- логического режима.  Сокращение энергетических затрат.  Оперативное регулирование физических свойств бурово- го раствора
6.2.	КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ПОДЧИНЕННОГО
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

На современных отечественных буровых установках с ин-
дивидуальным электроприводом по системе тиристорный
преобразователь — двигатель основных механизмов широкое
распространение получили системы подчиненного управле-
ния, которые включают последовательное (каскадное) соеди-
нение контуров управления. При этом число каскадов управ-
ления равно числу управляемых величин (координат) элек-
тропривода, каждая из которых имеет собственный регу-
лятор.

Функциональная схема двухконтурной системы подчинен-
ного управления скорости электропривода постоянного тока
показана на рис. 6.1. Схема включает внешний (главный)
контур регулирования скорости и подчиненный ему внутрен-
ний контур регулирования тока с соответствующими регуля-
торами скорости PC и тока РТ.

На вход регулятора тока от регулятора скорости подается
сигнал задания тока 17зт, а от датчика тока ДТ — сигнал от-
рицательной обратной связи по току U0.c.t, соответствующий
фактическому значению тока якоря. В свою очередь на вхо-
де регулятора скорости суммируются сигнал заданной ско-
рости [У31С, формируемый задатчиком скорости ЗС, и сигнал
отрицательной связи по скорости [Уосс, снимаемый с тахоге-
нератора ТГ.

Система подчиненного управления электропривода пере-
мещения исполнительного органа рабочей машины будет
иметь три контура. К имеющимся двум указанным ранее

Рис. 6.1. Функциональная электрическая схема двухконтурной системы
подчиненного управления электропривода
контурам добавится контур регулирования перемещения со
своим регулятором. В системах подчиненного управления
электропривода выходной сигнал каждого предыдущего ре-
гулятора является задающим сигналом для последующего ре-
гулятора.

Системы подчиненного управления электроприводов по
сравнению с ранее применяемыми системами, имеющими
общий суммирующий усилитель, на входе которого сумми-
руются задающий сигнал и сигналы обратных связей по ско-
рости, напряжению, току и т.д., обладают рядом преиму-
ществ. Отметим некоторые из них:

возможность построения самых разнообразных схем
управления по агрегатному принципу, т.е. на основе неболь-
шого числа стандартных элементов (ячеек, блоков и т.д.);

простота осуществления связи электропривода с бескон-
тактными логическими и вычислительными устройствами для
управления сложными технологическими процессами;

малая мощность управления;

применение комплектных высоконадежных элементов,
выпускаемых на основе современных технологий;

возможность реализации оптимальных законов управле-
ния каждой управляемой величины по отдельности и элек-
тропривода в целом;

простота схем, обеспечивающих ограничения управляемых
величин (тока, скорости и др.) на заданном уровне;

значительное снижение стоимости и сокращение сроков
проектирования, монтажа и ввода в эксплуатацию электро-
оборудования и др.

В системах подчиненного управления задача регулирова-
ния координат электропривода возлагается на систему управ-
ления, использующую средства вычислительной техники и
последние достижения электроники. В зависимости от ис-
пользованной элементной базы системы управления могут
выполняться аналоговыми, цифровыми и цифро-аналоговыми.
В настоящее время в системах управления электроприводов
основных механизмов отечественных буровых установок
применяются аналоговые системы. Ведутся работы по созда-
нию цифровых систем управления на базе микропроцессор-
ной техники.

Системы управления, построенные из аналоговых элемен-
тов, выполняются из функциональных блоков, решающих
определенные задачи. Последние могут повторяться в раз-
личных по своему назначению электроприводах. В их но-
менклатуру входят: источники питания, задатчики входных
сигналов, датчики управляемых величин (тока, напряжения и
др.), усилительные устройства, регуляторы, потенциальные
разделители, компараторы, функциональные устройства, уст-
ройства защиты и коммутации, устройства технологической
логики, контролирующие и вспомогательные устройства, т.е,
функционально полный набор, обеспечивающий построение
систем управления различной структуры.

Функционально-технической единицей, имеющей само-
стоятельный законченный конструктив, является ячейка. Это
печатная плата с микросхемами, выполненная в виде вы-
движной конструкции. Ячейка может выполнять какую-либо
функцию, например, регулятора, датчика тока, задатчика ин-
тенсивности и др. Ячейки устанавливаются в помощью пазов
в общем каркасе (кассете). Заполненная множеством ячеек
кассета образует следующий конструктивный уровень —блок.
Внутри блока ячейки соединяются между собой при помощи
проводов и разъемов через имеющуюся в блоке объединяю-
щую печатную плату (ячейку). Следующая конструктивная
ступень — шкаф (закрытая конструкция) или стойка (откры-
тая конструкция).

При создании модулей аналоговых систем управления
электроприводов заложены определенные системотехниче-
ские принципы, позволяющие наиболее рационально решать
задачи проектирования и эксплуатации электроприводов.
Важнейшими из этих принципов являются совместимость
модулей. При этом обеспечивается информационная совмес-
тимость (по физической природе и допустимым пределам из-
менения сигналов); энергетическая (по виду энергии для пи-
тания модулей); конструктивная (по присоединительным и
габаритным размерам, а также по применяемым модулям);
метрологическая (по допустимым погрешностям).

Возможность сопряжения отдельных модулей обеспечива-
ется тем, что информация передается унифицированными
непрерывными сигналами, ограниченными по уровню на-
пряжением ±10 В.

С целью уменьшения числа разъемов и повышения на-
дежности систем управления в настоящее время отмечается
тенденция перехода к модернизированным ячейкам, реали-
зующим сложные функции и заменяющим несколько ячеек,
выполняющих простые функции. Например, такая ячейка
может содержать: регулятор тока, регулятор скорости с узлом
ограничения, узел выделения сигнала ЭДС двигателя, задат-
чик интенсивности разгона двигателя. Поскольку такие ячей-
ки выполняют сложные функции, то их практически нельзя
254
применять для других целей, чем те, для которых они пред-
назначены, и они не являются универсальными. Эти ячейки
используются только в общей части систем управления элек-
троприводов всех исполнений, для реализации специфиче-
ских функций необходимо применение совокупности ячеек,
выполняющих простые функции.

Важной особенностью систем подчиненного управления
электроприводов является возможность простыми средства-
ми обеспечить оптимальное протекание процессов в контурах
регулирования. Наибольшее распространение на практике
получила настройка параметров регуляторов по техническому
или симметричному оптимумам. Вопросы выбора структуры
регуляторов и их параметров для настройки на оптимальные
режимы рассматриваются в специальной литературе.

6.3.	ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ
В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ БУРОВЫХ

УСТАНОВОК

Аналоговые регуляторы в системах подчиненного управ-
ления электроприводов строятся на основе операционных
усилителей (ОУ) — усилителей постоянного тока с высоким
входным и очень низким выходным сопротивлениями. Техно-
логия интегральных микросхем позволяет в настоящее время
изготавливать высококачественные и недорогие ОУ. В неко-
торой части своего рабочего диапазона ОУ ведет себя как
линейный усилитель напряжения с очень большим коэффи-
циентом усиления (105— 10s). Если в схеме ОУ не предусмот-
рена отрицательная обратная связь с выхода на вход, то из-за
высокого коэффициента усиления, он обязательно попадает в
режим насыщения. Поэтому схемы регуляторов на базе ОУ
содержат отрицательную обратную связь.

Операционный усилитель получил свое название благода-
ря тому, что с его помощью могут выполняться различные
математические операции, такие как умножение, суммирова-
ние, интегрирование и дифференцирование. Типовые регуля-
торы строятся на базе инвертирующего усилителя, причем
входные и выходные цепи, кроме сопротивлений, могут со-
держать емкости.

Поскольку коэффициент усиления ОУ велик (Ку = 105 +
4-106), а выходное напряжение (7ВЫХ ограничено напряжением
a — аналогового, выполненного на операционном усилителе; б — пропор-
ционального с управляемым ограничением выходного сигнала: в — скорости
с ограничением выходного напряжения с выпрямительным мостом в цепи
обратной связи операционного усилителя; г — характеристика вход-выход
регулятора с управляемым ограничением выходного сигнала; [Д.с — напря-
жение задания скорости; tZA.c — напряжение датчика скорости

питания Un, то потенциал точки А (рис. 6.2, а)
срд = ^вых/близок к нулю. Т.е. точка А выполняет функцию
кажущейся земли (заземлять точку А нельзя, иначе схема
станет неработоспособной).

В связи с изложенным можно записать

^вх(Р) Аз.с(р)
или

^вх(Р) - _ ^вых(Р)

^bx(P) zo.c(p) ’

откуда

^вых(Р) — Zp.M	/0

^вх(Р) ^вх(Р)

где 1ВХ1 1о.с — ток соответственно входной цепи и цепи обрат-
ной связи.

Соотношение (6.1) используется для синтеза регулятора с
требуемой передаточной функцией. Синтез сводится к выбо-
ру типов и значений входных сопротивлений ZBX(p) и сопро-
тивления цепи обратной связи Zoc(p).

Схемы, передаточные функции и переходные функции ре-
гуляторов различных типов приведены в табл. 6.2.

Для получения П-регулятора на вход и в цепь обратной
связи ОУ включают резисторы; для получения И-регулятора
во входную цепь включают резистор, а в цепь обратной
связи — конденсатор; для получения ПИ-регулятора во вход-
ную цепь включают резистор, а в цепь обратной связи — по-
следовательно соединенные резистор и конденсатор.
ПИД-регулятор может быть выполнен на одном усилителе с
помощью активно-емкостных цепей на входе и в цепи обрат-
ной связи.

Промышленностью выпускаются операционные усилители
различных типов на интегральных микросхемах (ИМС) как
круглой, так и прямоугольной формы. Наибольшее распро-
странение для построения регуляторов получили ОУ типов
К140УД7, К553УД2, К157УД2 и др.

Уменьшить размеры и повысить надежность устройств
аналоговых систем управления электроприводов можно при
внедрении гибридной технологии для их изготовления. При
изготовлении гибридных интегральных схем (ГИС) активные
элементы (ОУ) устанавливаются на печатной плате в твердо-
тельном (бескорпусном) исполнении, а конденсаторы и рези-
сторы — методом пленочной технологии (напылением пленок
из проводящих, полупроводящих и непроводящих материа-
лов). Полученный модуль может быть залит компаундом или
помещен в корпус.
258

Таблица 6.2

Схемы и динамические характеристики регуляторов различных типов

Тип регулятора	Схемы регулятора			Передаточная функция регулятора	Переходная функция регулятора	
Пропорциональный (П)	Г	\+ । /1  Y  5= 1-2-1  0	1  ОЙ О		Ч(Р)= —= *₽  Rt	0	‘ ^вых
							».  1
Интегральный (И)	? Г		вых  —о	II  -|& * II	и  s	«  -	0	1 ^вых 	».  1
Дифференциальный (Д)	—ih-t и™ Г~	ж	вых	Ч(р) = тр = КрР< т = Кр = RqC	t	k ^вых ill
					0	t
Пропорционально-инте- гральный (ПИ)	*о Ло			Ч1р1 = хр^ = кр +  +й?*" = й т'=с^ ЪР	"1  т0 = CR.		^выж
	«1	—’	>-1Г  + / 11	-о			
	±	г					
		~ вых			0	t
						
Пропорционально инте- грально-дифференциаль- ный (ПИД)	)С1	д0 пс		0	^P>x,(,’ptl)(lJ"1) = *1Р  f Т2	1  =/Ч1+г +—р+тлр;  1 т>) Т И	t	1 ^вых
	^1		'II				
	?__Е		Lo ых —о			
				Кр=^;  т2 = /^Ср ти = RiC0; тд = ^Cj	0	LJ	  t
Апериодический (А)	Ц—i-j- и„ я,|-	й	•-О  »1Х	W₽(p) = —5;  тр + 1  K^Ro/Ry  -c = R0C		‘t'Bb.X-	
						
					V	I	
Ограничение координат электропривода (тока, скорости
и др.) осуществляется включением в структуру регулятора
внешнего контура регулирования узлов ограничения. По-
следние могут быть управляемыми и неуправляемыми. На
рис. 6.2, б приведена схема ограничения выходного напряже-
ния пропорционального регулятора с отсекающими диодами
VD1, VD2 и управляемым опорным напряжением Uo„. Схема
позволяет получить несимметричную относительно начала
координат характеристику вход-выход с различным уровнем
ограничиваемого выходного напряжения, (рис. 6.2, в). На
рис. 6.2, г приведена схема ограничения выходного напряже-
ния регулятора скорости PC с выпрямительным мостом UZ в
цепи обратной связи ОУ. Возможны и другие варианты схем
управляемого ограничения выходного напряжения ОУ с ис-
пользованием транзисторов.

До последнего времени в автоматизированном электро-
приводе исполнительных механизмов отечественных буровых
установок основное применение получили средства аналого-
вой вычислительной техники. За последние годы рядом про-
ектных и научно-исследовательских организаций ведутся ра-
боты по созданию микропроцессорных систем управления.

По сравнению с аналоговыми системами микропроцессор-
ные системы обладают рядом преимуществ. Отметим некото-
рые из них.

Гибкость. Возможность путем перепрограммирования из-
менения не только параметров системы управления, но и ал-
горитмов и даже структуры. При этом аппаратная часть сис-
темы остается неизменной. В аналоговых системах потребо-
валось бы перекомпоновка аппаратной части.

Программное обеспечение микроЭВМ можно легко кор-
ректировать как в предпусковой период, так и в процессе их
эксплуатации. Благодаря этому снижаются затраты и сроки
проведения наладочных работ и изменяется их характер, по-
скольку необходимые эксперименты по определению харак-
теристик и параметров, а также настройка регуляторов могут
быть проведены автоматически самой микроЭВМ по заранее
подготовленной программе.

Снятие всех ограничений на структуру управляющего
устройства и законы управления. При этом показатели каче-
ства цифровых систем могут значительно превышать показа-
тели качества управления непрерывных систем управления.

Путем введения соответствующих программ могут быть
реализованы сложные законы управления (оптимизация,
адаптация, прогнозирование и др.), в том числе и такие, ко-
250
торые весьма сложно осуществить с помощью аналоговых
средств. Появляется возможность решения интеллектуальных
задач, обеспечивающих правильность и эффективность веде-
ния технологических процессов. На основе микроЭВМ могут
быть построены системы любых типов, включая системы с
подчиненным управлением, многомерные системы с перекре-
стными связями и др.

Самодиагностика и самотестирование цифровых управ-
ляющих устройств. Возможность проверки исправности ме-
ханических узлов привода, силовых преобразователей, датчи-
ков и другого оборудования во время технологических пауз,
т.е. автоматическая диагностика состояния оборудования и
раннее предупреждение аварий.

Эти возможности дополняются развитыми средствами
борьбы с помехами. Главное здесь — замена аналоговых ли-
ний передачи информации цифровыми, содержащими галь-
ванические развязки, волоконно-оптические каналы, помехо-
устойчивые интегральное микросхемы в качестве усилителей
и коммутаторов.

Более высокая точность вследствие отсутствия дрейфа ну-
ля, характерного для аналоговых устройств. Так, цифровые
системы регулирования скорости электропривода могут
обеспечить повышение точности регулирования на два по-
рядка по сравнению с аналоговыми.

Простота визуализации параметров процесса управления
путем применения цифровых индикаторов, индикаторных
панелей и дисплеев, организации диалогового режима обмена
информацией с оператором.

Большая надежность, меньшие габариты, масса и стои-
мость. Высокая надежность микроЭВМ по сравнению с ана-
логовой техникой обеспечивается применением больших ин-
тегральных микросхем (БИС), наличием специальных систем
защиты памяти, помехозащищенности и другими средствами.
Благодаря высокому уровню технологии производства БИС
снижаются затраты на изготовление систем управления элек-
троприводов. Эти преимущества особо проявляются при ис-
пользовании одноплатных и однокристальных ЭВМ.

6.4.	ЭЛЕКТРОПРИВОД БУРОВЫХ НАСОСОВ

Буровые насосы (БН) в случае роторного бурения служат
для создания потока промывочной жидкости (бурового рас-
твора) через вертлюг, бурильные трубы к забою скважины и
через затрубное пространство к устью скважины. При этом
поток жидкости способствует разрушению породы на забое
и обеспечивает вынос на поверхность частиц разбуренной
породы. При применении гидравлических забойных двигате-
лей (турбобур, винтовой двигатель) промывочная жидкость
служит рабочим агентом для вращения забойного двигателя.

Основными параметрами, определяющими режим работы
БН, являются давление на его выходе и подача — количество
жидкости, подаваемое в единицу времени.

Давление на выходе БН при работе на некоторую гидрав-
лическую систему определяется по формуле

р = kQ1,	(6.2)

где р — давление на выходе БН, МПа; к — коэффициент, ха-
рактеризующий общее сопротивление гидравлической систе-
мы; Q — подача (производительность, расход), л/с.

Значение подачи раствора Q выбирается технологиче-
скими службами с учетом конкретных условий. Для нормаль-
ной очистки забоя и подъема частиц разбуренной породы на
поверхность подача должна быть тем большей, чем больше
площадь забоя.

Гидравлическую Рг и приведенную Рп мощность бурового
насоса определяют соответственно по формулам

Рг = pQ; Рп = pQ/r\,	(6.3)

где г] = 0,9-5-0,92 — КПД, учитывающий гидравлические и ме-
ханические потери в БН. Единицы физических величин О и
р те же, что и в формуле (6.2). При этом мощность будет по-
лучена в кВт.

Сопоставив выражения (6.2) и (6.3), нетрудно убедиться,
что при постоянных параметрах гидравлической системы и
переменной подаче жидкости, гидравлическая мощность про-
порциональна подаче в третьей степени, т.е. возрастает весь-
ма интенсивно.

Требуемая мощность БН при различных условиях в сква-
жине и методах бурения различна. Поскольку каждая уста-
новка должна обеспечивать бурение как роторным, так и тур-
бинным способом, мощность БН выбирается из условий
турбинного бурения, где требуется наибольшая мощность. На
серийных буровых установках различных классов номиналь-
ная приводная мощность одного БН составляет от 300 до 950
кВт, а на уникальных установках до 1180 кВт и более. Номи-
нальная частота вращения привода выбирается в пределах от
262
500 до 1000 об/мин. На серийных установках устанавливает-
ся, как правило, два, а на уникальных и морских установ-
ках — три насоса.

В отечественной практике для БН используют однодвига-
тельный электропривод, за рубежом — двухдвигательный
(известны также случаи использования трехдвигательного
привода). Целесообразность решения в данном случае зави-
сит от условий унификации приводных электродвигателей
всех основных исполнительных механизмов буровой уста-
новки.

Стандартизованные данные мощности буровых насосов по
ГОСТ 16293-89 установлены по классам таким образом, что
мощности насосов будут достаточны для бурения скважин с
глубиной, соответствующей классу установки, причем с неко-
торым запасом.

Буровые насосы, представляющие собой насосы поршне-
вого типа, оснащаются сменными поршнями и втулками ряда
диаметров. Сменные поршни нужны в связи с тем, что тре-
буемое давление по мере углубления скважины изменяется.
Со сменой поршней связаны следующие закономерности:

по условиям прочности механизмов насоса (штоки, под-
шипники, передаточный механизм) усилия в них должны
быть равными при разных диаметрах поршней. Следователь-
но, при меньшем диаметре поршня допускается более высо-
кое давление на выходе БН (обратно пропорционально пло-
щади поршня);

при уменьшении диаметра поршня и постоянной скорости
его движения подача БН изменяется прямо пропорционально
площади поршня (снижается);

при смене диаметра поршня должен сохраняться режим
постоянной мощности привода БН.

Оптимальный режим БН характеризуется постоянством
развиваемой мощности, равной номинальной: рО — const.
Приближение к этому режиму при нерегулируемом приводе
достигается применением цилиндрических втулок разного
диаметра. Режим работы БН рассмотрим по графику, харак-
теризующему зависимость подачи Q от давления р на выхо-
де и диаметра втулки D (рис. 6.3). Если принять, что в ком-
плект БН входят пять типоразмеров сменных поршней, то
основные расчетные точки 2, 4, 6, 8, 10, соответствующие
различным диаметрам поршней, будут располагаться на рас-
четной кривой постоянной мощности. При этом точка 2 соот-
ветствует максимальному, а точка 10 — минимальному диа-
метру поршня.
Заметим, что при неизменном диаметре поршня подача БН
пропорциональна скорости привода, а момент на валу двига-
теля пропорционален давлению.

В соответствии с формулой (6.2) давление на выходе БН
пропорционально квадрату подачи жидкости Q, график зави-
симости р = kQ1 для конкретного значения коэффициента
гидравлического сопротивления к называют «кривой нагруз-
ки». Значение коэффициента к увеличивается с ростом глу-
бины скважины. Кривые нагрузки, проходящие через ука-
занные выше расчетные точки, показаны тонкими линиями
(см. рис. 6.3).

Предположим, что при малой глубине бурения установле-
ны поршни максимального диаметра D5 и БН работает в точ-
ке 1. С увеличением глубины скважины подача БН G>5 оста-
ется постоянной, а давление возрастает. Продолжать работу

Р +

^3	^5

Рис. 6.3. График режимов работы бурового насоса при различных видах
электропривода:

1 — 2, 3—4, 5—6, 7—8, 9-10 — для нерегулируемого электропривода; 1—2—3 —
4—5'— 6—7 —8—9 —10 — для регулируемого электропривода при постоянном
моменте; 2—4—6—8—10 — для регулируемого электропривода при постоян-
ной мощности
с поршнем диаметра выше точки 2 недопустимо, так как
мощность привода превысит допустимое значение. Поэтому в
точке 2 необходимо заменить поршень диаметра Ds на пор-
шень диаметра D4. Поскольку при той же скорости привода
вследствие уменьшения диаметра поршня подача уменьшит-
ся, а кривая нагрузки останется неизменной, режим работы
БН будет определяться точкой 3. По мере углубления сква-
жины произойдет переход в точку 4 и т.д. Следовательно, в
случае нерегулируемого электропривода БН и периодической
замены поршней процесс протекает по отрезкам вертикаль-
ных прямых 1—2, 3—4, 5—6, 7—8, 9—10. Из графика (см. рис.
6.3) видно, что в точках 1, 3, 5, 7, 9 фактически развиваемая
мощность значительно меньше номинальной. Вынужденное
недоиспользование мощности по сравнению с идеальной
кривой pQ = const можно оценить суммарной площадью
треугольников 2—3—4, 4-5-6, 6—7—8, 8-9—10.

Рассмотрим теперь для тех же условий режимы работы
БН, оснащенного регулируемым электроприводом. Благодаря
возможности регулирования скорости вниз от номинальной,
график работы насоса (см. рис. 6.3) представляет собой сту-
пенчатую кривую 1 — 2—3'—4—5’—6—7'—8—9'—10.

Анализ графиков показывает, что в данном случае недоис-
пользование мощности значительно меньше, чем при нерегу-
лируемом приводе. Применение регулируемого электропри-
вода обеспечивает уменьшение числа замен поршней при бу-
рении скважины.

Более полное использование мощности БН при регулируе-
мом электроприводе практически выражается в том, что при
том же значении допустимого давления в нагнетательной
системе подача БН будет больше, чем при нерегулируемом
электроприводе. Благодаря этому при бурении всех видов
улучшается очистка забоя, что приводит к увеличению меха-
нической скорости бурения, а также обеспечивается воз-
можность повышения скорости бурения вследствие исполь-
зования более высокой нагрузки на долото. Одновременно
возрастает проходка на долото, так как уменьшается степень
повторного разрушения породы. В результате увеличения
проходки на долото сокращается суммарное время спуско-
подъемных и ряда вспомогательных операций. При турбин-
ном бурении, кроме того, возрастает механическая скорость
бурения вследствие увеличения частоты вращения долота и
подводимой к нему средней мощности. Регулирование подачи
БН необходимо также в осложненных условиях бурения. От-
ветственной операцией, особенно при бурении глубоких
скважин, является восстановление циркуляции бурового рас-
твора в гидравлической системе. В начале этой операции
вязкость раствора и гидравлическое сопротивление в систе-
ме значительно выше, чем при рабочих режимах. Восстанов-
ление циркуляции значительно облегчается при возможно-
сти работы БН с пониженной подачей. Минимальная относи-
тельная подача при восстановлении циркуляции может со-
ставлять 0,1 от подачи в режиме бурения.

Таким образом, буровой насос целесообразно оснащать
регулируемым электроприводом, причем регулирование сле-
дует осуществлять в режиме постоянного момента, опреде-
ляемого допустимым давлением в гидравлической системе
буровой установки.

Так как отношение диаметров соседних типоразмеров
поршней составляет 0,85-0,9 между их двумя заменами, то
регулирование скорости приводного двигателя должно быть
не менее 20 — 30 % в сторону уменьшения от номинальной.

На основании изложенного электропривод БН должен от-
вечать следующим требованиям:

возможность плавного, затянутого во времени пуска (до
60 с);

пусковой момент не должен превышать номинальный бо-
лее чем на 10 %;

возможность регулирования скорости привода в режиме
бурения до 50 %, а в режимах восстановления циркуляции до
80 % и более вниз от номинального значения;

при регулировании скорости вниз от номинальной и по-
стоянном значении диаметра поршня обеспечение постоянст-
ва давления БН, что соответствует постоянству момента на
его валу;

жесткая механическая характеристика с относительным
падением скорости от холостого хода до номинальной на-
грузки порядка 5 %;

привод нереверсивный, режим работы — продолжитель-
ный с относительно спокойной нагрузкой.

Регулируемый электропривод БН по системе тиристорный
преобразователь — двигатель в настоящее время широко ис-
пользуется на отечественных буровых установках, оснащен-
ных индивидуальными электроприводами основных меха-
низмов.

Система управления электропривода БН (рис. 6.4, а) по-
строена по принципу подчиненного управления и включает
контур регулирования ЭДС электродвигателя и подчиненный
ему контур регулирования тока. Регулятор ЭДС-про-
266
БР

LM

с _	Рис. 6.4. Функциональная схема (а) и механическая характеристика

' ~	(б) электропривода бурового насоса, управляемого по системе подчи-

ненного управления:

U3J, U,.T — сигналы задания соответственно ЭДС и тока якоря двигате-
ля; (/о.с.т, U ас н ~ сигналы обратных связей соответственно по току и
------------------------------------► напряжению якоря двигателя; (/уя — выходной сигнал регулятора тока;
О	0,5	1,0 1,1 W/110M	U„ А — соответственно напряжение и ток якоря двигателя
порциональный (П-регулятор), регулятор тока —пропор-
ционально-интегральный (ПИ-регулятор). Блок регуляторов
БР включает в себя гальваническую развязку РГ, фазочувст-
вительный выпрямитель ФВ, задатчик интенсивности ЗИ, ре-
гулятор ЭДС РЭ с узлом ограничения УО и регулятор тока
РТ. Блок датчиков содержит датчик тока ДТ и датчик напря-
жения ДН. На схеме (см. рис. 6.4, а) датчики тока и напря-
жения вместе с устройствами гальванического разделения
первичной цепи измерения и вторичного сигнала, подаваемо-
го в систему управления, изображены прямоугольником с
двумя диагоналями. Также используется способ изображения
регуляторов, при котором внутри прямоугольника указывает-
ся его переходная характеристика (реакция на ступенчатое
воздействие).

Сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя (в установив-
шемся режиме пропорциональный скорости двигателя), опре-
деляется по формуле

Е = са = U -	(6.4)

где с — конструктивная постоянная; со - угловая скорость
вала; U — напряжение на якоре; 1Я — ток якорной цепи;
Т?£я — суммарное сопротивление якорной цепи двигателя.

Сигнал, пропорциональный первому слагаемому формулы
(6.4), получают от датчика напряжения, а сигнал, пропорцио-
нальный второму слагаемому, — от датчика тока. Суммиро-
вание сигналов датчиков осуществляется на входе регулятора
ЭДС РЭ. Поскольку сопротивление якорной цепи мало, пер-
вый сигнал является доминирующим. Применение данной
схемы обеспечивает возможность устранения из системы
управления тахогенератора.

Управление электроприводом осуществляется с пульта
управления насосом сельсинным командоаппаратом СК. Воз-
действуя на систему управления тиристорным преобразова-
телем ТП, плавно регулируют скорость двигателя М. В неко-
торых электроприводах БН регулирование скорости осущест-
вляется ослаблением магнитного потока двигателя. В этом
случае в цепь обмотки возбуждения двигателя LM включает-
ся устройство регулирования тока возбуждения.

Механическая характеристика электропривода БН по сис-
теме ТП—Д приведена на рис. 6.4, б.

Регулирование предельного момента осуществляется из-
менением уставки узла ограничения регулятора ЭДС.
Перспективным для электропривода БН является регули-
руемый электропривод по системе преобразователь часто-
ты — асинхронный короткозамкнутый двигатель, который по
сравнению с электроприводом по системе ТП —Д имеет
меньшие массогабаритные показатели и более высокий КПД.

Электропривод БН по системе ПЧ —АД реализован на бу-
ровых установках ряда зарубежных фирм, выполняющих бу-
рение на месторождениях Северного моря.

В результате исследования регулируемого электропривода
бурового насоса типа У8-6М установлено, что при регулируе-
мом электроприводе по сравнению с нерегулируемым меха-
ническая скорость и проходка на долото увеличиваются на
20 %, число рейсов сокращается на 20 %, а длительность
вспомогательных операций — на 12 %.

Преимущества регулируемого электропривода БН в зна-
чительной степени проявляются при турбинном способе бу-
рения и заключаются в следующем:

наилучшее использование установленной мощности и ра-
бота на оптимальных режимах для каждого интервала буре-
ния при различных типах забойных двигателей, что обеспе-
чивает сокращение времени механического бурения;

увеличение скорости вращения долота и средней мощно-
сти, подводимой к долоту, а при необходимости увеличение
гидравлической мощности по мере износа забойного двига-
теля;

возможность пуска БН под нагрузкой, что уменьшает из-
нос задвижек и облегчает труд буровой бригады;

сокращение времени спускоподъемных, а также ряда
вспомогательных и подготовительно-заключительных опера-
ций, обусловленное уменьшением числа рейсов вследствие
увеличения средней проходки на долото;

более широкие возможности ликвидации аварий, связан-
ных с прихватами и некоторыми другими аварийными ситуа-
циями;

равномерность подачи, что позволяет отказаться от пнев-
нокомпенсаторов и др.

Регулируемый электропривод БН оказывает существенное
влияние на конструкцию насосной группы оборудования.
При нерегулируемом электроприводе БН обязательно должна
быть предусмотрена оперативная соединительная муфта ме-
жду двигателем и БН, а также пусковая задвижка, соеди-
няющая выход насоса (линию высокого давления) с открытой
емкостью. Это позволяет двигатель запустить вхолостую, за-
тем проводится пуск насоса также вхолостую, затем пусковая
задвижка плавно закрывается, и поток жидкости начинает
поступать в линию высокого давления и циркулировать по
рабочему контуру.

При наличии регулируемого привода БН оперативная
муфта не устанавливается, а пусковая задвижка практически
не используется.

Развитие техники и технологии бурения скважин требует
постоянного совершенствования буровых насосов в следую-
щих направлениях: повышение мощности и давления, сниже-
ние неравномерности подачи и давления, уменьшение массы
и габаритов, повышение надежности и долговечности, сни-
жение трудоемкости и стоимости изготовления, улучшение
транспортабельности, монтажеспособности, ремонтопригод-
ности и удобства обслуживания.

За последние два десятилетия в мировой практике буре-
ния давление и мощность БН возросли более чем в 2 раза и
достигли соответственно значений 40 МПа и 1600—1750 кВт.
Уровень рабочих давлений при бурении скважин находится
в пределах от 15 до 25 МПа. Максимальное давление БН тре-
буется обычно кратковременно и, как правило, в аварийных
режимах. В отечественной практике бурения скважин на
нефть и газ применяются в основном двухпоршневые БН
следующих типов: БрН-1 производства Волгоградского завода
буровой техники (ВЗБТ); У8-6МА и У8-7МА производства
ОАО «Уралмаш». Эти БН имеют значительные габариты и
массу, что затрудняет их транспортировку, монтаж и ремонт.

За последние годы все большее применение находят быст-
роходные трехпоршневые БН одностороннего действия (три-
плексы) вместо двухпоршневых БН двухстороннего действия.
Это обусловлено тем, что эффективность использования об-
ратного хода поршня в двухпоршневых БН двухстороннего
действия при высоких давлениях значительно снижается, по-
скольку площадь штока составляет 30-40 % от площади
поршня минимального диаметра (насосы типов У8-6МА и У8-
7МА).

Кроме того, при переходе в область высоких давлений,
наряду с требованием снижения массы, возрастают требова-
ния к надежности и необходимости постоянного контроля
устройств уплотнения.

Учитывая эти факторы, за рубежом (США, ФРГ, Япония,
Румыния) за последние годы буровые установки оснащаются
трехпоршневыми БН одностороннего действия. При одинако-
вой мощности по сравнению с двухпоршневыми БН двухсто-
роннего действия они имеют следующие преимущества:
270
уменьшение массы и габаритов в 1,4— 1,5 раза; уменьшение
неравномерности подачи в 2 раза, а неравномерности давле-
ния в 5 — 6 раз; уменьшение числа сменных деталей в 1,3 —
1,4 раза и их массы в 2 — 3 раза. Частота ходов у трехпоршне-
вых БН может достигать 120—185 в 1 мин, против 60-80 у
двухпоршневых.

Весьма эффективно применение трехпоршневых БН при
бурении скважин в сложных геологических условиях, глубо-
ких скважин и на море.

В России разработаны и изготавливаются трехпоршневые
БН одностороннего действия следующих типов: УНБТ-800,
УНБТ-950 конструкции ОАО «Уралмаш» и НБТ-600 (БрН-2)
конструкции ВЗБТ. Основные технические характеристики
отечественных БН приведены в табл. 6.3.

Особенностью работы трехпоршневых БН является при-
менение подпорных центробежных насосов, создающих во
всасывающих камерах БН избыточное давление. За счет это-
го увеличиваются коэффициент подачи и частота ходов
поршня.

Таблица 6.3

Основные технические характеристики буровых насосов

Параметр	Тип насоса					
	НБТ- 600	УНБТ-  800	УНБТ-  900	БрН-1	У8-6М	У8-7М
Мощность, кВт	600	800	950	430	600	825
Полезная мощность, кВт	540	720	855	365	480	660
П редельн ое	д авлени е,  мПа	25	32	32	20	25	32
Наибольшая подача, л/с	43	42,9	46	38	51	51
Давление при наиболь- шей подаче, МПа	11,3	17	19	9,8	11	14,2
Подача при предельном давлении, л/с	13	22,4	27,8	18,6	18,9	22,7
Диаметр сменных ци- линдровых втулок, мм	120 —  180	130 — 180	140 — 180	130- 180	130 — 200	140 —  200
Длина хода поршня, мм	250	250	290	300	400	400
Максимальная частота ходов в 1 мин	135	135	125	80	66	66
Масса, кг	18800	22800	22220	14750	27000	37100
Следует отметить, что тенденция перехода на трехпоршне-
вые БН в зарубежной практике коснулась в основном БН
большой мощности, рассчитанных на высокое давление. Что
же касается БН мощностью до 500 — 600 кВт и давлением до
20 МПа, то на такие параметры предпочтительны тихоходные
двухпоршневые БН. Основной объем бурения в РФ пока
приходится на двухпоршневые БН, которые будут находить-
ся в эксплуатации еще долгие годы.

6.5.	ЭЛЕКТРОПРИВОД РОТОРА

Основным способом проходки нефтяных и газовых сква-
жин в настоящее время является вращательное бурение. До-
лото, находящееся на нижнем конце колонны бурильных
труб и создающее усилие на забой скважины за счет части
веса КБТ, при его вращении разрушает породу и обеспечива-
ет углубление скважины. Разрушению породы способствует
также гидромониторное действие струй бурового раствора,
истекающих под давлением из отверстий насадок долота.

Устройства для приведения долота во вращение делятся на
две группы:

наземные устройства, осуществляющие вращение всей
КБТ и жестко связанного с ней долота - буровой ротор или
силовой вертлюг (верхний привод) со своими системами при-
вода;

забойные двигатели гидравлические (турбобур, винтовой
двигатель) и электрические (электробуры).

Основным наземным механизмом для привода долота яв-
ляется буровой ротор. Важная особенность наземных приво-
дов КБТ и долота состоит в том, что скорость привода может
достаточно просто регулироваться различными способами (с
помощью механических многоскоростных передач, регули-
руемого электропривода и т.д.). При этом могут быть получе-
ны низкие скорости при высоких значениях момента.

Гидравлические двигатели приводятся в движение потоком
бурового раствора. В течение многих десятилетий для буре-
ния нефтяных и газовых скважин применяется турбобур,
представляющий собой многоступенчатую гидротурбину,
приводящую во вращение долото. Рабочая частота вращения
вала турбобура относительно высока и составляет сотни обо-
ротов в минуту, в связи с чем для турбинного бурения харак-
терны высокие механические скорости, но пониженная про-
ходка на долото.
За последние годы находят применение винтовые забой-
ные двигатели, относящиеся к гидравлическим машинам объ-
емного действия. Они характеризуются значительно меньшей
частотой вращения вала, что обеспечивает достаточно высо-
кую механическую скорость бурения и более высокую чем
турбобур проходку на долото.

Передача энергии долоту с поверхности через наземные
передаточные механизмы КБТ вызывает значительные поте-
ри мощности и сильно снижает КПД всего процесса бурения,
особенно когда глубина скважины достигает 4 — 5 тыс. м.

В процессе бурения неоднородных пород момент сопро-
тивления на долоте непрерывно меняется. Наиболее сильно
колебания момента выражены при долотах режущего типа,
меньше — при шарошечных долотах. Колебания момента со-
противления на долоте передаются по КБТ приводному дви-
гателю ротора в виде упругих волн кручения, продольных
колебаний и других возмущений, распространяющихся в
стальных трубах со скоростью около 3 км/с.

В результате отражения волн кручения, вызванных закли-
ниванием долота, напряжения кручения, могут вызывать по-
ломку КБТ. Исследованиями установлено, что напряжения
кручения в КБТ при мягкой механической характеристике
привода будут меньше, чем при жесткой. Таким образом, с
точки зрения ограничения напряжений в КБТ и защиты ее
от поломок следует отдавать предпочтение приводу с мягкой
механической характеристикой.

При заклинивании долота, когда низ КБТ неподвижен, а
ротор продолжает вращаться, закручивая трубы, момент дви-
гателя может достигнуть своего максимального значения.
Чтобы ограничить возникающие при этом напряжения кру-
чения в КБТ, следует ограничить момент, передаваемый от
двигателя ротору. Этого можно достигнуть, применяя двига-
тели со сравнительно небольшой кратностью максимального
момента X < 1,6-5-1,8 или используя в приводе ротора средства
ограничения момента.

С заклиниванием долота связан также процесс передачи
КБТ кинетической энергии, запасенной во вращающихся
частях поверхностного оборудования привода ротора. Для
уменьшения кинетической энергии, передаваемой КБТ, целе-
сообразно иметь привод ротора с минимальным моментом
инерции вращающихся частей.

На основании изложенного выбор привода ротора и его
характеристик должен проводиться с учетом следующих тре-
бований и технологических особенностей:
режим работы привода продолжительный с изменяющим-
ся моментом сопротивления при бурении пород различной
твердости;

привод должен иметь мягкую механическую характери-
стику на участке от номинального до стопорного режима;

стопорный (максимальный) момент должен быть ограни-
чен на уровне 1,6— 1,8 от номинального значения;

для ограничения динамических нагрузок в КБТ привод по
возможности должен иметь минимальный момент инерции,
приведенный к оси КБТ;

для реализации оптимальных режимов бурения желатель-
но регулирование скорости в широком диапазоне: от 100 —
150 об/мин (реже бывает до 200 об/мин) при проходке верх-
них интервалов скважины и до 20 об/мин на больших глу-
бинах;

при регулировании скорости вниз от номинальной, привод
должен обеспечивать длительную работу при номинальном
моменте нагрузки (регулирование с постоянным моментом), а
при регулировании скорости вверх от номинальной должен
обеспечивать регулирование с постоянной мощностью, не
превышающей номинальную;

привод должен быть реверсивным, однако реверс неопе-
ративный. В основных рабочих режимах ротор вращается
только в прямом направлении (по часовой стрелке), обратное
вращение требуется лишь при выполнении некоторых вспо-
могательных операций и в аварийных режимах. Поэтому
возможны оперативные переключения с кратковременным
перерывом питания.

При турбинном бурении ротор часто используют для вра-
щения КБТ с малой скоростью, что предотвращает «зависа-
ние» КБТ в скважине и способствует улучшению процесса
бурения. С помощью ротора выполняется раскрепление
резьбовых соединений труб и др.

Выполнение указанных требований в полном объеме воз-
можно при использовании привода ротора с плавным регули-
рованием скорости в широком диапазоне.

На современных отечественных буровых установках
для ротора применяется электропривод по системе ТП —Д,
который в полной мере отвечает указанным требованиям.
Функциональная схема электропривода ротора показана на
рис. 6.5, а. Она аналогична схеме управления электропривода
бурового насоса (см. рис. 6.4, а). Отличие состоит в наличии
управляемого ограничителя (УОТ) уровня выходного напря-
жения регулятора ЭДС и узла ограничения (УО), автоматиче-
I

Рис. 6.5. Функциональная схема (а) и механическая характеристика (б)
электропривода ротора, управляемого по системе подчиненного управ-
ления
ски изменяющего этот уровень, т.е. сигнал U3r задания тока
(момента) двигателя ротора. Благодаря УО в рабочем диапа-
зоне достигается мягкая механическая характеристика элек-
тропривода (рис. 6.5, б). Точке А характеристики соответст-
вует максимальное, а точке В — минимальное значение 173.т,
С — одна из рабочих точек механической характеристики
электропривода.

Весьма перспективным для ротора является электропривод
по системе ПЧ—АД, обеспечивающий значительное сниже-
ние динамических нагрузок в КБТ по сравнению с электро-
приводом по системе ТП —Д, так как момент инерции асин-
хронного короткозамкнутого двигателя значительно меньше,
чем у двигателя постоянного тока.

Увеличения производительности роторного бурения при
применении регулируемого электропривода можно достиг-
нуть как за счет изменения (от рейса к рейсу в функции глу-
бины скважины) начальной частоты вращения долота, так и
регулированием (в функции износа долота, времени рейса
или мощности на забое) частоты вращения долота в течение
одного рейса (последняя возможность эффективно реализу-
ется в автоматизированных системах).

Исследованиями установлено, что долевое увеличение ме-
ханической скорости за счет регулирования от рейса к рейсу
составляет 1,13, а в процессе одного рейса — 1,1 — 1,18, уве-
личение рейсовой скорости — соответственно 1,09 в первом
случае и 1,07 — 1,13 во втором.

На буровых установках класса 1 — 4 с электроприводом по
системе ТП—Д для ротора применяется электродвигатель
сравнительно небольшой мощности (160 — 250 кВт). На уста-
новках выше 4-го класса электродвигатель ротора в целях
унификации обычно принимается того же типа, как и для
буровых насосов, со значительным запасом по мощности.

6.6.	ЭЛЕКТРОПРИВОД СИЛОВОГО ВЕРТЛЮГА

На буровых установках морского бурения, используемых
при разработке месторождений углеводородного сырья в ак-
ватории Северного моря, широкое применение получили си-
ловые вертлюги (используются также другие названия этого
механизма: верхний привод (Top Drive), верхний вращатель).
Силовой вертлюг выполняет вращательные функции ротора
и, кроме того, обладает рядом дополнительных возможностей.
Рис. б.б. Общий вид верхнего привода (сило-
вого вертлюга):

1 — направляющие; 2 — талевый блок; 3 —
балансирующее устройство; 4 — интегриро-
ванное устройство вращателя; 5 — устройст-
во привода с электродвигателем (установлен
сзади); 6 — гибкий буровой шланг; 7 —
вспомогательный кабель-шланг; 8 — штропы
подвески элеватора; 9 — элеватор; 10 — ра-
бочая площадка буровой установки; И —
верхняя муфта бурильной трубы; 12 — узел
соединения привода с верхней бурильной
трубой

Напомним, что буровой вертлюг
обычной конструкции представляет
собой механизм, подвешенный к
талевому блоку и передающий про-
мывочную жидкость от гибкого
подводящего шланга к колонне бу-
рильных труб, вращающейся с по-
мощью механизма ротора.

Силовой вертлюг отличается от
обычного наличием собственного
привода для вращения КБТ. Общий
вид силового вертлюга (в положе-
нии, соответствующем спуску-
подъему КБТ) показан на рис. 6.6.
Интегрированное устройства вра-
щателя 4 прикреплено с помощью
цепной балансирующей подвески 3
к талевому блоку 2. В режиме спус-
коподъемных операций эта система
движется вертикально по направ-
ляющим 1, причем ось системы сов-
падает с осью скважины. Приводное
устройство 5 включает в себя элек-
тродвигатель и редуктор, возможен
вариант конструкции с использова-
нием гидропривода. Буровой рас-
твор подводится к вертлюгу с по-
мощью гибкого шланга 6. По вспо-
могательному гибкому кабель-шлангу

7 подается питание к

электродвигателю, а также вода или чистый воздух для охла-
ждения двигателя. В процессе спускоподъемных операций к
силовому вертлюгу с помощью штропа 8 подвешивается эле-
ватор 9, который служит для захвата муфты верхней бу-
рильной трубы 11. При бурении элеватор и штропы снима-
ются, верхний конец бурильной трубы привинчивается к со-
единительному устройству 12, которое является выходным
валом вращателя. В качестве электропривода используется
электродвигатель постоянного тока, вентильный двигатель с
возбуждением от постоянных магнитов или асинхронный ко-
роткозамкнутый двигатель, управляемый от преобразователя
частоты. При необходимости реверс осуществляется ревер-
сированием двигателя. Реактивный момент, возникающий в
процессе бурения, воспринимается направляющими.

Требования к электроприводу силового вертлюга, его ме-
ханические характеристики и структура управления анало-
гичны электроприводу ротора. Электрооборудование силово-
го вертлюга по возможности унифицируется с электрообо-
рудованием других механизмов. Например, если применяется
электродвигатель постоянного тока, то он выбирается той же
серии, что и для других буровых механизмов, но вертикаль-
ного исполнения.

Силовой вертлюг по сравнению с традиционным механиз-
мом ротора имеет следующие преимущества:

1.	Отпадает необходимость вращать КБТ ротором с по-
мощью специальных вкладышей в роторе, образующих
квадратное отверстие, и ведущей квадратной трубы, что
упрощает и ускоряет подготовку бурильного инструмента к
работе.

2.	В связи с отсутствием квадратной трубы облегчаются и
сокращаются по времени операции по наращиванию буриль-
ных труб.

3.	Благодаря постоянной готовности системы вращения
КБТ уменьшается вероятность ее прихватов в скважине.

4.	Улучшается возможность боле точного ориентирования
бурильного инструмента по азимуту, что весьма важно при
наклонном бурении.

5.	Экономится время при выполнении операции свинчива-
ния и развинчивания бурильных труб.

6.	Значительно экономится рабочее время, так как работа
осуществляется с секциями бурильных труб, причем каждая
секция состоит из трех свечей. Секции монтируются заранее
и хранятся вертикально в обойме, расположенной внутри
буровой вышки.

7.	Время подъемных операций с КБТ сокращается на 16 %,
а спуска — на 30 %.

8.	Агрегат почти в 2 раза имеет меньшую массу и площадь.

9.	Упрощается техническое обслуживание.
10.	Монтаж агрегата осуществляется в течение нескольких
часов.

Основные преимущества электропривода достигаются за
счет меньшего момента инерции асинхронного двигателя по
сравнению с двигателем постоянного тока.

Из зарубежных компаний, выпускающих верхний привод,
наиболее известными являются американская «Varco» и ка-
надская «Canrig». Компания «Varco» выпускает несколько
систем верхнего привода TDS (Top Drive Sistem), позволяю-
щих выполнять операции как с бурильными, так и с обсад-
ными трубами.

Технические характеристики взрывозащищенного частот-
но-регулируемого асинхронного электродвигателя марки
HXR450LM8 на напряжение 690 В производства компании
АВВ, используемого в верхнем приводе типа TDS-7S, приве-
дены в табл. 6.4.

Таблица 6.4

Технические характеристики электродвигателя марки HXR450LM8

Параметр	Частота, Гц			
	0	50	53,6	100
Номинальная мощность, кВт	0	690	740	666
Номинальный ток, А	810	810	820	750
Коэффициент мощности при номинальной нагрузке	0	0,74	0,78	0,77
Коэффициент мощности при 2/3 от номинальной нагрузки	0	0,66	0,72	0,78
КПД при номинальной нагруз- ке, %	—	95,9	95,7	96
КПД при 2/3 от номинальной нагрузки, %	—	95,3	95,3	95,8
Частота вращения вала при номинальной нагрузке, об/мин	0	747	800	1492
Номинальный момент, Н-м	8830	8830	8830	4260
Перегрузочная способность, доли от номинальной нагрузки	—	2,2	1,9	1,2
Момент инерции J = GD2/4, кг-м2	51	—	-	
Масса электродвигателя, кг	5280	-	-	-
Указанная система верхнего привода эксплуатируется на
месторождениях норвежского сектора Северного моря.

Преимущества верхнего привода особенно проявляются в
морском бурении и состоят в следующем: высокая произво-
дительность, низкая стоимость обслуживания, экономичность,
безопасность, соответствие требованиям охраны окружаю-
щей среды.

Работы по созданию верхнего привода грузоподъемностью
500 т ведутся в ОАО «Уралмаш». Намечается разработка всей
гаммы приводов для буровых установок ОАО «Уралмаш» с
увязкой работы верхнего привода с комплексом автоматиза-
ции спускоподъемных операций (АСП).

6.7.	ЭЛЕКТРОПРИВОД СПУСКОПОДЪЕМНОГО АГРЕГАТА

Кроме подъема или опускания колонны бурильных труб с
помощью буровой лебедки можно осуществлять подъем и
опускание незагруженного элеватора, подачу долота на забой
и ряд других вспомогательных операций. Так как все эти
операции требуют различной мощности и характеристик
электропривода, то в современных буровых установках для
вспомогательных операций применяются отдельные меха-
низмы с индивидуальным электроприводом. В этом случае
буровая лебедка с электроприводом в основном используется
для подъема и опускания КБТ, причем для подъема КБТ
служат приводные двигатели, а для торможения при опуска-
нии — вспомогательные тормоза или приводные двигатели.

Подъем КБТ состоит из отдельных циклов, число которых
равно числу свечей; за время одного цикла происходит
подъем на высоту одной свечи (25-37 м), затем ее отвинчи-
вают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяет-
ся. Таким образом, по мере подъема вес КБТ дискретно
уменьшается и, следовательно, уменьшается момент статиче-
ского сопротивления на валу приводного двигателя. Диапазон
изменения момента статического сопротивления определяет-
ся отношением веса максимального груза к весу крюка с не-
загруженным элеватором и составляет от 14 : 1 до 20 : 1,
причем большой диапазон относится к буровым лебедкам
большей грузоподъемности. Так как время работы привода
лебедки при подъеме КБТ труб перемежаются паузами для
отвинчивания, переноса и установки труб, а также спуска
крюка с незагруженным элеватором, то режим работы при-
вода лебедки — повторно-кратковременный с относительной
продолжительностью включения 25 — 40 %.

При наличии уменьшающегося момента статического со-
противления на валу двигателя номинальной мощностью Рном
наибольшая производительность лебедки (без учета времени
переходных процессов) может быть достигнута, если по мере
подъема труб скорость подъема увеличивается, т.е, если вы-
полняется условие

Рном = McC0S/r| = const,	(6.5)

где Мс — момент сопротивления на валу барабана лебедки;
ms — угловая скорость барабана лебедки; ц — КПД передач
от двигателя к барабану лебедки.

Передаточные числа, число передач и диапазон регулиро-
вания частоты вращения электродвигателя выбирают обычно
таким образом, чтобы механическая характеристика привода
была близка к кривой постоянной мощности.

Изменять частоту вращения барабана лебедки (скорость
подъема груза) для выполнения условия (6.5) можно ступен-
чато с помощью многоскоростных трансмиссий или бессту-
пенчато с помощью электропривода с широким диапазоном
регулирования частоты вращения. Возможно также умень-
шение числа ступеней механической передачи до 2 при нали-
чии электропривода с ограниченным диапазоном регулирова-
ния частоты вращения.

При бесступенчатом изменении скорости подъема упро-
щается и становится дешевле лебедка, однако ее привод ста-
новится сложнее и дороже; при ступенчатом изменении по-
вышаются сложность и стоимость лебедки, но уменьшаются
сложность и стоимость привода. Технико-экономическими
расчетами установлено, что чем больше глубина бурения, тем
эффективнее применение регулируемого электропривода.

Число приводных электродвигателей определяется многи-
ми причинами (унификация применяемых электрических
машин, удобство компоновки на ограниченной площади и
др.), поэтому встречаются одно-, двух- трех- и даже четырех-
двигательные схемы. Появление трех- и четырехдвигательных
схем объясняется стремлением к унификации электрообору-
дования, применяемого на установках большой мощности. В
отечественной и зарубежной практике широкое применение
нашел двухдвигательный привод.

Такой привод обеспечивает работу с пониженной произ-
водительностью в случае выхода из строя одного из двигате-
лей, а также позволяет отключить один из двигателей при
снижении нагрузки, что дает экономию электрической энер-
гии. Однако два двигателя половинной мощности в 1,2 раза
тяжелее и дороже, чем один двигатель большой мощности;
требуется устройство для равномерного распределения на-
грузки между двумя двигателями, работающими на общий
вал и др.

При двухдвигательном приводе лебедки каждый двигатель
выбирается половиной мощности с обязательной проверкой
возможности подъема КБТ максимального веса одним двига-
телем на низкой передаче.

Основное время спускоподъемных операций (примерно
50 %) затрачивается на выполнение операций с КБТ, когда
нагрузка на крюке О составляет некоторую часть а макси-
мальной грузоподъемности Qmax спускоподъемного агрегата,
т.е. а = Q/Qmax. Поэтому особое внимание при проектирова-
нии буровых установок уделяют выбору высших скоростей
перемещения КБТ и особенно незагруженного элеватора
(подъем его осуществляется на каждом цикле спуска КБТ на
одну свечу).

Исследованиями установлено, что при длине свечи 25 м
рациональное значение высшей скорости составляет 1,6 —
1,7 м/с. Во всех случаях скорость подъема незагруженного
элеватора должна быть не менее 1,4— 1,5 м/с.

Требуемая механическая характеристика регулируемого
электропривода буровой лебедки показана на рис. 6.7. Уча-
сток АВС соответствует работе на высшей передаче, а уча-
сток CDE — на низшей. Участок АВ соответствует работе с
рациональной высшей скоростью подъема, т.е. при постоян-
ной частоте вращения электродвигателя птах (в реальных ус-
ловиях жесткость механической характеристики не идеальна
и по мере увеличения нагрузки несколько снижается ско-
рость). Точка В соответствует режиму полного использования
установленной мощности привода при соответствующем зна-
чении рабочей перегрузки. Участок ABCD соответствует диа-
пазону длительно действующих нагрузок при подъеме КБТ (в
том числе тока D — нагрузке от КБТ максимальной массы),
участок DE — работе с обсадными трубами массой более
массы КБТ, участок FE — расхаживанию обсадных колонн и
ликвидации аварийных ситуаций (при этом скорость крюка
равна 0,1—0,2 м/с или менее). Точка Е соответствует макси-
мально допустимой в течение 15 с перегрузке двигателя, ко-
торая в зависимости от типа двигателя постоянного тока со-
ставляет 1,7 — 2,25.
Рис. 6.7. Механическая
характеристика регулируе-
мого электропривода спус-
коподъемного агрегата:

v — линейная скорость
крюка; Q - усилие на
крюке

Таким образом, общий диапазон регулирования скорости
определен точками В и Е. Нахождение необходимого числа
механических ступеней регулирования скорости (передач)
подъема при заданном рабочем диапазоне зависит от регули-
ровочных свойств привода. В связи с дискретным характером
изменения нагрузки на крюке и постоянным значением уста-
новленной мощности привода необходимо в результате ра-
ционального выбора числа передач и соответствующих им
передаточных отношений обеспечить наилучшее использова-
ние ограниченной мощности привода.

Исследованиями установлено, что при двухдвигательном
регулируемом электроприводе буровой лебедки целесообраз-
но иметь от двух до четырех передач.

Таким образом, электропривод спускоподъемного агрегата
в режиме подъема КБТ должен отвечать следующим основ-
ным требованиям:

иметь необходимый диапазон регулирования скорости
(10:1) и возможность регулирования скорости в режиме по-
стоянной мощности;

иметь достаточную перегрузочную способность (1,8 —2,2 от
номинального момента) для выполнения операций, связанных
с ликвидацией аварий и расхаживанием колонны обсадных
труб;

пусковые характеристики должны обеспечивать плавный,
но достаточно интенсивный разгон электропривода;

жесткость механической характеристики должна быть та-
кой, чтобы статизм не превышал 5 — 8 % от номинальной час-
тоты вращения;
должен обеспечивать остановку крюка талевой системы с
точностью ±(30 — 40) мм.

Режим работы электропривода — повторно-кратковре-
менный с изменяющейся от цикла к циклу относительной
продолжительностью включения.

Указанным требованиям в полной мере удовлетворяют
электроприводы по системам ТП—Д и ПЧ—АД. В современ-
ных отечественных буровых установках с индивидуальным
электроприводом основных механизмов получил широкое
применение электропривод по системе ТП—Д с подчиненным
управлением координат и двухзонным регулированием ско-
рости.

Функциональная схема электропривода буровой лебедки
с зависимым управлением током возбуждения электродвига-
теля показана на рис. 6.8, а.

Управление скоростью двигателя в зоне 1 осуществляется
следующими регуляторами: ПИ-регулятором тока РТ,
П-регулятором скорости PC и регулятором мощности РМ.
При этом система автоматического управления (САУ) дейст-
вует как обычная система регулирования скорости, обеспе-
чивающая режим постоянной мощности электропривода.
Скорость двигателя задается сельсинным командоаппаратом
(СК).

Параметры PC настраиваются таким образом, что номи-
нальная скорость и ЭДС двигателя достигаются уже при не-
котором угле поворота рукоятки командоаппарата а =
= 0,5атах (рис. 6.8, б). Дальнейшее увеличение угла поворота
СК приводит к увеличению скорости за счет ослабления маг-
нитного поля электродвигателя.

Управление скоростью в зоне 2 осуществляется
ПИ-регулятором тока возбуждения РТВ и П-регулятором
ЭДС РЭ, при этом САУ действует как система стабилизации
ЭДС двигателя. Сигнал, пропорциональный фактическому
значению ЭДС, получают как разность сигналов датчика на-
пряжения ДН и датчика тока ДТ, причем сигнал ДН является
преобладающим. На вход РЭ подаются постоянный сигнал
задания U33l соответствующий номинальному значению ЭДС,
и сигнал обратной связи по ЭДС U0.c,3. При регулировании
скорости в зоне 1 сигнал на выходе РЭ максимальный и ра-
вен уставке узла ограничения РЭ (регулятор находится в зоне
«насыщения»), в связи с чем ток возбуждения 1В остается по-
стоянным и равным номинальному (см. рис. 6.8, б). После то-
го, как будет достигнуто номинальное напряжение якоря, при
дальнейшем увеличении угла поворота СК в пределах от
284
0,5amax до amax, напряжение на якоре и ЭДС несколько
возрастает. При этом ЭДС немного превышает заданное зна-
чение (см. рис. 6.8, б). В этом случае вступает в действие РЭ
и уменьшает ток возбуждения, поскольку РЭ выходит из зо-
ны «насыщения» и работает на линейном участке характери-
стики.

Поскольку при изменении направления скорости двигате-
ля знак напряжения Uoc,3 на выходе датчика ЭДС ДЭ меняет-
ся на противоположный, а знак напряжения обратной связи
на выходе регулятора ЭДС РЭ меняться не должен, к выходу
ДЭ подключается блок выделения модуля БВМ.

При работе в зоне 2 сигнал задания на входе PC (сигнал
1ДС) почти полностью компенсируется сигналом обратной
связи по скорости, снимаемым с тахогенератора ТГ. При по-
вышении скорости в зоне 2 от номинальной до максимальной
напряжение на якоре увеличивается лишь на несколько про-
центов.

Таким образом, управление возбуждением является зави-
симым от управления каналом регулирования по цепи якоря,
причем сигнал обратной связи по ЭДС является тем связую-
щим звеном, который обеспечивает согласованное действие
обоих каналов управления. Рассмотренная САУ обеспечивает
линейную зависимость скорости от сигнала задания U3.c в
диапазоне от нуля до максимальной скорости.

В электроприводе буровой лебедки уровень максимальной
скорости должен изменяться в зависимости от веса КБТ та-
ким образом, чтобы мощность, развиваемая приводом, оста-
валась приблизительно постоянной. С этой целью предусмот-
рен узел регулирования мощности РМ (точнее — ограниче-
ния мощности) в зависимости от веса КБТ. Узел представляет
собой пропорциональный усилитель с управляемым ограни-
чением выходного напряжения. Уровень ограничения регули-
руется с помощью функционального преобразователя по не-
линейному закону в зависимости от значения сигнала {7ДВ
датчика усилия на крюке ДВ (см. рис. 6.8, а). При этом ско-
рость с увеличением веса КБТ автоматически снижается,
обеспечивая режим постоянной мощности электропривода. С
увеличением усилия на крюке, благодаря действию узла ог-
раничения мощности, напряжение на входе PC U3.c, а следо-
вательно, и скорость двигателя будут тем меньше, чем боль-
ше вес КБТ. При номинальном и более высоком усилии на
крюке ослабление магнитного поля двигателя не происходит.
Механическая характеристика электропривода буровой ле-
бедки показана на рис. 6.8, в.
a
Рис. 6.8. Функциональная схема (а), характеристика управления (6) и механическая характеристика (в) электроприво-
да буровой лебедки с двухзонным регулированием скорости:

СК — сельсинный командоаппарат; ДТ, ДН, ДВ, ДТВ, ДЭ, ДС — датчики соответственно тока якоря, напряжения, веса
КБТ, тока возбуждения, ЭДС, скорости; PM, PC, РТ, РЭ, РТВ — регуляторы соответственно мощности, скорости, тока
якоря, ЭДС, тока возбуждения; УОТ — узел ограничения тока якоря; РГ1, РГ2 — гальванические развязки; ЗИ — задат-
чик интенсивности (ускорения) привода; LM — обмотка возбуждения двигателя; К — контактор; ФВ — фазочувствитель-
ный выпрямитель; Ф — фильтр; М — электродвигатель; ДСВ — делитель сигнала веса КБТ; БВМ — блок выделения мо-
дуля сигнала обратной связи по ЭДС двигателя; ТП — тиристорный преобразователь; ТПВ — тиристорный преобразова-
тель тока возбуждения; BR — тахогенератор; U3.a U3.T, U3T.B, U33 — сигналы соответственно задания скорости, тока якоря,
тока возбуждения, ЭДС; Ua.cn Uo.c.„, Uo.c.a Uot-_3, Uo.c.yB — сигналы обратных связей соответственно по току якоря, напряже-
ния, скорости, ЭДС, току возбуждения; Up.„, UyB, Uy ll — выходные сигналы регуляторов соответственно мощности, тока
возбуждения, тока якоря; 1„, 1В — ток соответственно якоря, возбуждения двигателя
Большие преимущества для электропривода буровой ле-
бедки имеет частотно-регулируемый электропривод по сис-
теме ПЧ —АД с запатентованной фирмой АВВ системой пря-
мого управления моментом электродвигателя (Direct Torque
Control-DTC).

По сравнению с электроприводом по системе ТП—Д рас-
сматриваемая система при одинаковом диапазоне регулиро-
вания скорости имеет меньшие габариты, лучшее быстродей-
ствие и более высокую надежность.

Электроприводы буровой лебедки, управляемые по систе-
ме ПЧ —АД, нашли широкое применение на установках мор-
ского бурения, эксплуатируемых на месторождениях углево-
дородного сырья Северного моря.

Электропривод спускоподъемного агрегата при спуске
КБТ и обсадных труб может осуществляться:

от приводного электродвигателя спускоподъемного агрега-
та, используемого в режиме рекуперативного или динамиче-
ского торможения;

от индивидуального электромагнитного тормоза, соеди-
ненного с валом буровой лебедки.

В случае применения электроприводов по системе ТП —Д
или ПЧ —АД можно получить механические характеристики,
в достаточной мере отвечающие требованиям тормозных ре-
жимов при спуске.

Поскольку потери на трение в талевой системе и под-
шипниках передаточного механизма спускоподъемного агре-
гата составляют значительную величину, то мощность, необ-
ходимая для торможения при сопоставимой скорости пере-
мещения, значительно меньше мощности, требуемой на
подъем КБТ.

При использовании в составе спускоподъемного агрегата
индивидуального электромагнитного тормоза совокупность
его параметров (наибольшая скорость спуска, основные точ-
ки механической характеристики и номинальная мощность)
выбираются независимо от параметров привода в режиме
подъема.

Основными расчетными режимами электромагнитного
тормоза являются:

при номинальном токе возбуждения тормоза и заданный
относительной продолжительности включения — соответст-
вующий режиму спуска КБТ номинального веса;

при максимальном (форсированном) токе возбуждения
кратковременно — соответствующий интенсивному замедле-
нию КБТ номинального веса для посадочной скорости;
при промежуточном значении тока возбуждения — соот-
ветствующий режиму спуска обсадной колонны номинально-
го веса.

При длине свечи 25 м для буровых установок всех классов
максимальная скорость спуска не должна превышать 2,5 м/с
(частота вращения барабана лебедки < 500 об/мин). В ослож-
ненных условиях бурения и при спуске обсадной колонны
труб значение скорости спуска может составлять 0,2 —
0,5 м/с.

Максимальный момент электромагнитного тормоза (реали-
зуемый фосированием тока возбуждения) для обеспечения
интенсивного замедления КБТ должен составлять 1,4—1,5 от
номинального значения.

6.8.	АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА

По подачей долота понимают последовательное опускание
верхней точки КБТ, осуществляемое в процессе разрушения
породы. В установившемся режиме бурения скорость подачи
долота должна быть равна скорости разбуривания породы.
Если скорость подачи долота превосходит скорость разбури-
вания породы, то нагрузка на забой растет, что может по-
влечь за собой искривление ствола скважины или поломку
бурильных труб. Если скорость подачи долота меньше скоро-
сти разбуривания, нагрузка на забой уменьшается, что при-
водит к уменьшению скорости бурения.

При ручной подаче по показаниям приборов (амперметра
в цепи статора бурового двигателя и индикатора веса) перио-
дически растормаживают барабан лебедки, что приводит к
подаче долота. Ручным способом весьма трудно получить
плавную и равномерную подачу долота. Эта задача решается
применением автоматических регуляторов подачи долота.

При использовании автоматических регуляторов долото
подается на забой автоматически в зависимости от парамет-
ров, характеризующих режим бурения, например, давления
па забой или тока статора бурового двигателя.

В зависимости от места расположения автоматические
регуляторы подачи долота бывают наземными или глубинны-
ми (погружными).

Наземные автоматические регуляторы подачи по конст-
руктивному признаку силового узла разделяют на электро-
машинные, гидравлические и фрикционные. Если конструк-
ция силового узла позволяет только опускать КБТ с различ-
ной скоростью, то такие автоматические регуляторы назы-
вают пассивными. Если же имеется возможность не только
опускать, но и поднимать КБТ, то такие регуляторы называют
активными.

Электромашинные регуляторы подачи долота активного
типа РПДЭ-7, РПДЭ-8, заменившие выпускаемые ранее с
электроприводом по системе Г—Д регуляторы подачи долота
РПДЭ-3, предназначены для поддержания режимов бурения
скважин при турбинном и роторном бурении. Они входят в
комплект серийных буровых установок последних выпусков
(РПДЭ-7 для морских буровых установок). Регуляторы обес-
печивают режим поддержания заданного значения нагрузки
на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной режим,
и режим поддержания заданного значения скорости подачи
или подъема инструмента — вспомогательный режим. Регу-
ляторы подачи долота РПДЭ-7 и РПДЭ-8 оснащены электро-
приводом по системе ТП—Д.

Объектом регулирования в автоматической системе пода-
чи долота является буровой инструмент в соприкосновении с
породой. Входной величиной для объекта регулирования
служит скорость подачи, а выходной (регулируемой величи-
ной) — нагрузка на долото.

В серийно выпускаемых регуляторах подачи электрома-
шинного типа использован способ поддержания нагрузки на
долото путем формирования скорости подачи как величины,
пропорциональной рассогласованию между текущим и за-
данным значением нагрузки. При этом нагрузка на долото
является разностью между полным весом КБТ и усилием на
крюке.

Функциональная схема регулятора подачи долота РПДЭ-8
показана на рис. 6.9, а.

Регулятор включает в себя датчик усилия на крюке 3, из-
мерительный узел которого располагается на неподвижном
конце талевого каната 2. В зависимости от грузоподъемности
спускоподъемного агрегата буровой установки могут приме-
няться два исполнения измерительного узла датчика: упругое
кольцо растяжения или чашечная мембрана. Диапазон изме-
рения усилия на крюке 0 — 4000 кН, выходное напряжение
датчика 0 — 10 В, погрешность измерения усилия на крюке
±1,5 %.

Разность между сигналом задания U3.B и сигналом UB, по-
ступающим от датчика усилия на крюке, воздействует на ре-
гулятор усилия РВ, выходной сигнал которого в свою очередь
290
Рис. 6.9. Функциональная схема
автоматического регулятора по-
дачи долота (а) н механические
характеристики электропривода
(б):

1 — бурильный инструмент; 2 —
талевый канат; 3 — датчик веса;
4 — буровая вышка; 5 — барабан
лебедки; 6 — передаточный ме-
ханизм; 7 — редуктор; 8 — элек-
тродвигатель (М); U3.c, иза U3T,
и,.гя — сигналы соответственно
задания веса, скорости, тока яко-
ря, тока возбуждения; UB —
напряжение датчика веса КБТ;
РВ, PT, РТВ, РЭ — регуляторы
соответственно веса, тока, тока
возбуждения, ЭДС; ДЭ, ДТ, ДН,
ДТВ — датчики соответственно
ЭДС, тока, напряжения и тока
возбуждения, СИФУ — система
импульсно-фазового управления;
ТП — тиристорный преобразова-
тель; ТВ — тиристорный возбуди-
тель; QF — автоматические вы-
ключатели; SA — переключатель;
R — разрядное сопротивление;
VS — тиристор динамического
торможения; LM — обмотка воз-
буждения двигателя

б
является сигналом заданного значения ЭДС (в установив-
шемся режиме сигналом заданного значения скорости подачи
долота) регулятора ЭДС РЭ.

Таким образом, изменение усилия на крюке при бурении
приводит к изменению сигнала на выходе РВ, являющегося
задающим сигналом для контура регулирования скорости по-
дачи долота.

Система управления электропривода состоит из двух кон-
туров регулирования: внутренний контур регулирования тока
включает в себя регулятор тока РТ, систему импульсно-
фазового управления СИФУ, тиристорный преобразователь
ТП и датчик тока ДТ; внешний контур регулирования ЭДС
включает в себя регулятор ЭДС РЭ, контур регулирования
тока и датчик ЭДС ДЭ. Сигнал, пропорциональный ЭДС дви-
гателя получают как разность сигналов датчиков напряжения
ДН и датчика тока ДТ.

Система автоматического регулирования нагрузки на до-
лото работает по принципу отклонения. Отклонение нагруз-
ки от заданного значения через систему управления электро-
привода изменяет скорость подачи долота и восстанавливает
нагрузку на долото до заданного значения.

Реверсирование электродвигателей М производится пере-
ключателем SA, с помощью которого изменяется полярность
на зажимах обмотки возбуждения LM. Стабилизация тока
возбуждения осуществляется регулятором тока РТВ, который
через систему импульсно-фазового управления СИФУ воз-
действует на тиристорный возбудитель ТВ. На вход регулято-
ра РТВ поступает разность сигналов заданного тока возбуж-
дения и3.т.в и от датчика тока возбуждения ДТВ.

Для защиты электрических цепей от короткого замыкания
используются автоматические выключатели QF.

В системе управления предусмотрены также следующие
виды защит:

защита тиристорного преобразователя от коммутационных
перенапряжений;

быстродействующая защита от аварийных перегрузок по
току;

защита от превышения максимально допустимой скорости
приводного электродвигателя;

защита от перегрузки талевой системы буровой установки
с помощью регулируемой системы ограничения стопорного
тока электродвигателя.

Основные технические требования к электроприводу типа
РПДЭ:
режим работы длительный с относительно спокойной на-
грузкой;

пусковой момент должен быть достаточным для создания
требуемого максимального усилия на крюке;

диапазон регулирования скорости от нуля до номинально-
го значения,

регулирование скорости в режиме постоянного момента;
электропривод реверсивный;

статизм механической характеристики не более 5 — 10 % от
номинальной скорости.

К основным параметрам электропривода типа РПДЭ отно-
сятся установленная мощность привода и максимальная час-
тота вращения, соответствующая максимальной скорости по-
дачи КБТ 80 — 90 м/ч. Совмещение функций регулятора пода-
чи и аварийного привода, рассчитанного на подъем КБТ мак-
симального веса со скоростью, достаточной для предотвра-
щения осложнений в стволе скважины, приводит к тому, что
параметры электропривода регулятора подачи долота выби-
раются не по основному, а по аварийному режиму.

Кроме того, электропривод регулятора подачи долота ис-
пользуется для подъема и кратковременного приложения
максимальной нагрузки при монтаже и испытании буровой
вышки.

На буровых установках в зависимости от максимальной
грузоподъемности используются приводные электродвигатели
РПДЭ мощностью 55, 75 и 90 кВт с номинальной частотой
вращения 1000—1180 мин-1.

Основным оборудованием РПДЭ являются электродвига-
тель и комплектное устройство управления (шкаф с силовым
ТП и системой управления). Для дистанционного управления
регулятором подачи долота используется аппаратура, распо-
ложенная на пульте бурильщика.

Механические характеристики РПДЭ показаны на рис. 6.9,
б. Они характеризуют зависимость скорости подачи vn (знак
плюс соответствует подъему, минус — спуску КБТ) от мо-
мента сопротивления на валу двигателя Мс. Принципиальной
особенностью данной системы привода является то, что за
счет действия КБТ знак статического момента на валу элек-
тродвигателя остается неизменным при подъеме и спуске
КБТ. При подъеме КБТ электропривод работает в двига-
тельном режиме (квадрант 1), а при спуске в режиме рекупе-
рации (квадрант 4). Направление скорости в этих двух квад-
рантах различно, полярность напряжения в якорной цепи
тоже различна, а направление тока якоря остается неизмен-
ным. Такая особенность характерна для электроприводов
грузоподъемных механизмов — так называемых «систем
привода с протягивающим грузом». С учетом этого фактора
силовая часть тиристорного преобразователя выполняется по
наиболее простой нереверсивной схеме. Система электро-
привода регулятора подачи долота РПДЭ обеспечивает регу-
лирование скорости в требуемом диапазоне при всех рабочих
нагрузках.

Технические характеристики спускоподъемного агрегата
буровой установки БУ-3900/225-ЭПК БМ с регулятором подачи долота

Расчетная глубина бурения, м..................... 3900

Максимальная грузоподъемность, кН................ 2250

Номинальная грузоподъемность, кН................. 1350

Вес крюка, кН.................................... 63

Максимальный вес обсадной колонны, кН............ 2025

Оснастка талевой системы......................... 5x6

Передаточное отношение талевой системы.......... 10

Тип лебедки...................................... ЛБУ3900

Расчетный диаметр барабана, мм.................. 642

Передаточное отношение лебедки:
высшей передачи............................... 2,586

низшей передачи............................... 4,952

КПД талевой системы............................. 0,878

Передаточное отношение механических передач от
электродвигателя РПДЭ к барабану................ 161

КПД механической передачи от электродвигателя
РПДЭ до барабана................................ 0,813

Тип двигателя................................... МПБ-65-1000-УХЛЗ

Номинальная мощность, кВт....................... 65

Частота вращения, об/мин........................ 1000

Номинальное напряжение, В....................... 440

Номинальный ток, А.............................. 160

Номинальный ток возбуждения, А................ 15,7

Номинальный КПД............................... 90,5

Опыт эксплуатации регуляторов подачи долота типа РПДЭ
показал, что используемый в них способ регулирования дает
удовлетворительные результаты при проходке относительно
мягких однородных пород. При бурении твердых и неодно-
родных пород из-за наличия сложной динамической зависи-
мости между нагрузкой на долото и механической скоростью
подачи верхнего конца КБТ в системе управления могут воз-
никать автоколебательные процессы. Кроме того, использо-
вание специального датчика веса на неподвижном конце та-
левого каната снижает надежность работы электропривода,
обусловливает невысокую точность измерений и создает экс-
плуатационные неудобства из-за необходимости снятия дат-
чика при замене каната с последующей тарировкой измери-
тельных устройств.
Совершенствование способа формирования задающего
воздействия регулирования осевой нагрузки на долото в про-
цессе бурения и управления этим процессом применительно
к электромашинным регуляторам может идти в направлении
отказа от использования датчика веса и косвенной оценке
регулируемого параметра по значению тока якоря исполни-
тельного двигателя и математической модели процесса, а
также создания прогнозирующих регуляторов. Техническая
реализация таких регуляторов связана с использованием
средств вычислительной техники.

Весьма перспективным для привода регулятора подачи до-
лота является электропривод по системе ПЧ—АД с микро-
процессорным управлением. Преимущества данной системы
электропривода по сравнению с ТП—Д заключаются в сле-
дующем:

в связи с сокращением на 40 — 50 % габаритов и массы
электрооборудования уменьшается занимаемая площадь и
улучшается компоновка оборудования буровой установки;

повышается примерно в 1,5 раза срок службы электрообо-
рудования и сокращаются эксплуатационные расходы;

упрощается эксплуатация за счет применения средств са-
модиагностики и применения бесконтактной аппаратуры, не
требующей постоянного ухода;

повышается качество управления за счет реализации пре-
имуществ цифровых систем управления, которые позволяют:

—	обеспечить требуемый момент электродвигателя при
нулевой скорости вращения;

—	достичь предельные показатели в регулировании мо-
мента и частоты вращения, причем в большинстве случаев
без внешней обратной связи (датчика веса, являющегося не-
точным и малонадежным элементов системы);

—	обеспечить возможность сопряжения с системой авто-
матизации верхнего уровня и др.

Исследованиями установлено, что применение автоматиче-
ских регуляторов подачи долота позволяет в результате под-
держания постоянства заданной нагрузки на долото в режиме
бурения увеличить стойкость долот на 6 % и механическую
скорость бурения на 10 %. Кроме того, в результате автома-
тического управления и облегчения труда бурильщика допол-
нительно увеличиваются стойкость долот на 9 %, а механиче-
ская скорость бурения на 8 %.

Применение автоматических регуляторов подачи доло-
та следует считать целесообразным на буровых установках
всех типов и классов, поскольку они при относительно
небольшой мощности и стоимости повышают производитель-
ность основного технологического процесса — механическо-
го бурения.

6.9.	ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ПРИВОДОМ

Буровые установки новых современных моделей осна-
щаются приводами, имеющими следующие буквенные значе-
ния: Э — электрический привод частично регулируемый;
ЭП — регулируемый полностью привод постоянного тока
(обозначение, используемое Волгоградским заводом буровой
техники); ЭР — регулируемый полностью привод постоянно-
го тока (обозначение, используемое Уралмашзаводом); ДЭП,
ДЭР — дизель-электрический привод постоянного тока (регу-
лируемый); У — универсальная монтажеспособность; К —
кустовое бурение; М — модернизированный вариант.

Основные параметры буровых установок современных
моделей приведены в табл. 6.5.

ОАО «Уралмаш» по предложению нефтяников и газовиков
в последние годы разработаны комплектные буровые уста-
новки с регулируемым электроприводом. Создан ряд блочно-
модульных установок кустового бурения БУ-3200/200-ЭК БМ,
БУ-3900/225-ЭК БМ и БУ-4500/270-ЭК БМ. Установки при-
способлены для бурения как вертикальных, так и горизон-
тальных скважин. Модули установок полной заводской го-
товности включают все коммуникации, межмодульные со-
единения выполнены быстроразъемными.

Одним из достоинств установок является применение но-
вых лебедок серии ЭТ, которые могут устанавливаться на бу-
ровых установках с электроприводом постоянного тока гру-
зоподъемностью от 125 до 500 т. Все они построены по еди-
ной кинематической схеме, а именно: барабан лебедки через
двухскоростную коробку передач соединен с одним или дву-
мя быстроходными двигателями постоянного тока, на сред-
нем быстроходном валу коробки передач установлен диско-
вой тормоз с пневматическим или гидравлическим приводом,
в конструкции отсутствуют шинно-пневматические муфты.
Благодаря тому, что функцию основного тормоза выполняют
двигатели лебедки, дисковый тормоз используется только для
296
Таблица 6.5

Основные параметры буровых установок современных моделей

Шифр установки	Услов- ная глу- бина буре- ния, м	Допус- тимая нагрузка на крю- ке, кН	Расшифровка буквенного обо- значения типа установки
Установки с электрическим приводом			
БУ-1600/100-ЭУ	1600	1000	Электрическая, универсальной монтажеспособности
БУ-1600/100-ЭП	1600	1000	Электрическая, с электропри- водом постоянного тока
БУ-2500/160-ЭП	2500	1600	То же
БУ-2500/160-ЭПК	2500	1600	То же, кустовая
БУ-2900/200-ЭПК БМ	2900	2000	То же, кустовая в блочно- модульном исполнении
БУ-3900/225-ЭПК БМ	3900	2250	То же
БУ-3200/200-ЭУ-1	3200	2000	Электрическая, с частично- регулируемым электроприво- дом, универсальной монтаже- способности
БУ-3200/200-ЭУК-2М	3200	2000	То же, для кустового бурения, модернизированная
БУ-3200/200-ЭУК-  ЗМА2	3200	2000	То же, для кустового бурения, модернизированная, с элек- троприводом постоянного тока
БУ-5000/320-ЭР	5000	3200	Электрическая, с электропри- водом постоянного тока
БУ-6500/400-ЭР	6500	4000	То же
Установки с дизель-электрическим приводом			
БУ-2500/160-ДЭП	2500	1600	Дизель-электрическая, с элек- троприводом постоянного тока
БУ-2900/175-ДЭП	2900	1750	То же
UNOC-320’	5000	3200	«
UNOC-500”	6500	5000	«
"UNOC — совместное производство Uralmash + National Oil-Well + + Caterpillar.			

фиксации груза в неподвижном положении, его тормозные
шкивы и колодки практически не изнашиваются.

Электродвигатели лебедки, кроме основного режима подъ-
ема инструмента, имеют режим его торможения при спуске
КБТ вплоть до полной остановки и удержания. В режиме
подъема инструмента двигатели имеют идеальную характери-
стику с полным использованием установленной мощности и
регулированием скорости подъема от 0 до 100 %. В лебедке
предусмотрено дистанционное управление с помощью ко-
мандоконтроллера, что сводит к минимуму затраты физиче-
ского труда. Переключение передач с «быстрой» на «медлен-
ную» проводится крайне редко, так как в большинстве случа-
ев всю работу с бурильной колонной можно вести на «быст-
рой» передаче.

В случае аварийного отключения электроэнергии двигате-
ли могут выполнить подъем инструмента, работая от аварий-
ной электростанции мощностью 200 кВт.

Меньшие габариты и масса новых лебедок позволяют
сократить габариты и массу металлоконструкций основа-
ний, а также улучшить условия монтажа и перевозки этих
узлов. Перевозка модулей установки с куста на куст осуще-
ствляется на полуприцепах КЗКТ-9101 и тягачами МАЗ-537
или КЗКТ-7428.

Для кустового бурения газовых скважин применительно
к условиям полуострова Ямал разработана буровая установка
БУ-5000/320-ЭУК-Я, в которой используется ряд положитель-
ных решений установки БУ-4500/270-ЭУК БМ, а именно:
установка имеет привод постоянного тока, эшелонное распо-
ложение блоков, утепленные полы и укрытия, лебедку се-
рии ЭТ.

Буровая установка БУ-5000/320-ЭУК-Я имеет следующие
конструктивные особенности:

может бурить скважины на грунтах с низкой несущей
способностью, при этом отпадает необходимость в укладке и
нивелировании бетонных плит;

значительно сокращаются сроки разбуривания куста
скважин за счет перемещения в пределах куста всего эшело-
на, включая вышечно-лебедочный блок с комплектом буриль-
ных труб;

транспортирование с куста скважин на другой куст осу-
ществляется крупными блоками на тяжеловозах, мелкими
блоками — на трейлерах и агрегатами — на транспорте об-
щего назначения;

может быть реализован оптимальный режим бурения пу-
тем использования глубоко регулируемых электроприводов
основных механизмов и применения регулятора подачи до-
лота;

привод основных механизмов осуществляется двигателями
постоянного тока, управляемыми от комплектных тиристор-
ных преобразователей в контейнерном исполнении;

электропривод буровой лебедки обеспечивает режим тор-
можения, а механический дисковый тормоз работает как
аварийный и при фиксации груза в неподвижном положении;

система управления электроприводами основных меха-
низмов выполнена на базе микроконтроллеров.

Новые буровые установки общего назначения для бурения
разведочных и эксплуатационных скважин с дизель-электри-
ческим приводом БУ-6500/450-ДЭР(ЭР) и БУ-8000/500-
ДЭР(ЭР), разработанные ОАО «Уралмаш», имеют электро-
приводы постоянного тока. Особенностью этих моделей явля-
ется применение новых буровых лебедок серии ЭТ и совре-
менной циркуляционной системы с четырехступенчатой сис-
темой очистки.

Установки укомплектованы комплектом механизмов авто-
матизации спускоподъемных операций и устройством для
экстренной эвакуации верхнего рабочего. Ротор оснащен
полным набором захватных устройств для работы с трубами
диаметром от 60,3 до 508 мм.

Для облегчения труда персонала установки оборудованы
комплексом механизмов АСП-ЗМ5-500, пневмоклиньями, гид-
роключом, приспособлением для расстановки утяжеленных
бурильных труб, площадкой для центрирования обсадных
труб, подъемными средствами в помещениях буровой лебед-
ки и циркуляционной системы, а также на каждом буровом
насосе.

ОАО «Уралмаш» освоено семь типов различного бурового
оборудования как для стационарных платформ, так и для са-
моподъемных и полупогружных буровых установок и буро-
вых судов.

Комплект поставки для морского бурения включает в себя
следующее основное оборудование:

буровую вышку (полностью оснащенную);

талевую систему;

вертлюги;

роторы с проходным отверстием в стволе 700, 950 и 1260 м;

электронасосные агрегаты с буровыми насосами (триплек-
сами) мощностью 600, 750, 950, 1180 и 1500 кВт;

буровую лебедку с приводом от тихоходных или быстро-
ходных электродвигателей (в зависимости от желания
заказчика);

комплект механизмов для ведения спускоподъемных опе-
раций;
вспомогательные лебедки;

компенсатор вертикальной качки (для плавучих полупо-
гружных платформ и буровых судов); компенсатор располо-
жен на талевом блоке или на кронблоке.

Отличительными особенностями морского бурового обо-
рудования, разработанного ОАО «Уралмаш», являются более
жесткие требования по взрывозащите и высокая степень ме-
ханизации и автоматизации. Для оборудования полупогруж-
ных буровых установок и судов предусматривается ком-
плексная механизация процессов при ведении спускоподъем-
ных операций и бурении, применение системы промышлен-
ного телевидения для работы в сложных климатических усло-
виях.

Для электроприборов буровых насосов, лебедки и ротора
на постоянном токе разработаны электродвигатели в буровом
исполнении. Технические характеристики электродвигателей
постоянного тока отечественных буровых установок приве-
дены в табл. 6.6.

К комплекте регулируемого электропривода поставляются
также пульты для управления буровыми насосами и пульт
бурильщика. Эти пульты отличаются наличием определенно-
го набора измерительных приборов, аппаратов для дистан-
ционного управления, сигнальной аппаратуры, что позволяет
повысить уровень контроля и управления технологическим
процессом, облегчить труд буровиков.

Технические характеристики комплектных устройств
управление для электроприводов постоянного тока буровых
установок приведены в табл. 6.7.

Волгоградским заводом буровой техники (ОАО «ВЗБТ») с
участием ОАО «Электропривод» и ряда электротехнических
заводов освоено производство серийных буровых установок
БУ-2500/ 160-ЭП, БУ-2900/175-ДЭП, а также БУ-2900/200-ЭПК
БМ и БУ-2900/175-ДЭП с электроприводами основных меха-
низмов по системе ТП —Д.

Указанные установки оснащены спускоподъемным агрега-
том с оригинальной и простой по конструкции двухскорост-
ной лебедкой на базе однодвигательного электропривода.
Привод обеспечивает на высшей передаче скорость подъема
крюка 1,54 м/с, на низшей — расхаживание обсадной колон-
ны со скоростью порядка 0,2 м/с при кратковременных пе-
регрузках до 1,7 от номинального значения, подъем колонны
бурильных труб максимальной массы со скоростью 0,48 м/с.

Весь агрегат, вместе с аварийным приводом и дополни-
тельным электрическим тормозом, представляет собой еди-
300
Табли ца 6.6

Технические характеристики электродвигателей постоянного тока для буровых установок

Технологическое оборудование	Серия, тип двигате- ля	Мощ- ность, кВт	Напря- жение, В	Частота вращения, об/мин	Ис- пол- нение	Завод-изготовитель	Тип буро- вой уста- новки
Буровые насосы, лебедка, ротор	П2-450-48Л-УХЛЗ	500	440	500/1000	IP22	АО «Электротяжмаш», г. Харьков	БУ-2500
	4ПС-450-710-УХЛ2*	750	800	1000/1500	IP23	АО «Электросила», г. Санкт-Петербург	БУ-5000
	4ПС-450- 1000-УХЛ2’	1000	800	1000/1500	IP23	То же	БУ-6500  БУ-8000
Ротор	ДЭ-816	150	440	470/1100	IP44	АЭК «Динамо», г. Моск- ва	БУ-2500
Регулятор подачи долота для всех буровых устано- вок	4ПФ2Б-250М-УХЛ2*	55	440	1120	IP23	Завод «Электромашина», г. Харьков	БУ-3000  БУ-5000  БУ-6500
	4ПФ2Б-2803-УХЛ2'	75	440	1180	IP23	То же	БУ-6500
	4ПФ2Б-280М-УХЛ2	90	440	1000	IP23	То же	БУ-8000
'В морском исполнении.							

м
о
Таблица 6.7

Комплектные устройства управления для электроприводов постоянного тока буровых установок

Технологическое оборудование	Мощность, кВт	Напря- жение, В	Тип комплект- ного оборудо- вания	Разработчик, завод-изготовитель	Тип буровой установки
Буровые насосы, лебедка, ротор	500	440	КУ-БУ-2500 эп, установлено в контейнере	ОАО «Электропривод», г. Москва;  Гайский завод «Электропреобразователь», г. Гай	БУ-2500
	750-1000	800	КТУ-К, установлено в контейнере	АО «Электротяжмаш», г. Екатеринбург	БУ-5000  БУ-6500
	750-1000	800	КТУ-1320 (1320 кВт, 1600 А 825 В)	ОАО «Электропривод», г. Москва	Морские и наземные БУ-5000 БУ-6500 БУ-8000
Регуляторы подачи долота РПД для всех буровых уста- новок	55-90	440	РПДЭ-7 - для морских БУ;  РГТДЭ-8 — для наземных БУ	ОАО «Электропривод», г. Москва;  Гайский завод «Электропреобразователь», г. Гай	БУ-3000  БУ-5000  БУ-6500  БУ-8000
иый транспортно-функциональный блок полной заводской
готовности. Удельная материалоемкость агрегата снижена по
сравнению с агрегатом, оснащенным электроприводом пере-
менного тока, в 1,4 раза.

6.10.	ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ),
электрифицированные буровые установки (с электрическим
приводом основных исполнительных механизмов) при буре-
нии на глубину более 4500 м и в сложных геологических ус-
ловиях на меныпую глубину, а также буровые установки на
море относятся к потребителям первой категории.

Буровые установки при бурении до 4500 м в неосложнен-
ных геологических условиях относятся к потребителям вто-
рой категории.

Несмотря на многообразие структурных схем буровых
установок, предопределенное широким спектром требова-
ний к глубинам бурения (только по этому параметру
ГОСТ 16293 — 89 различает 11 классов), назначению и услови-
ям эксплуатации, их число может быть ограничено типовыми
структурами электротехнических комплексов (ЭТК), приме-
нение которых на установках различных исполнений сводит-
ся в основном к количественному изменению параметров ис-
пользуемого электрооборудования.

Далее представлены основные типовые схемы ЭТК (по
данным ОАО «Электропривод»).

Типовая структура электропривода постоянного тока для
БУ всех классов, как с централизованным, так и с автоном-
ным электроснабжением, представленная на рис. 6.10, ориен-
тирована на применение глубоко регулируемых электропри-
водов главных механизмов на базе электродвигателей посто-
янного тока и силовых тиристорных преобразователей, а
также на унификацию электроснабжения. Буровая установ-
ка питается от сетей энергосистемы или группы дизель-
генераторов переменного тока, число которых определяется
единичной мощностью дизель-генераторов и суммарной еди-
новременной мощностью исполнительных механизмов при
наличии необходимого резерва. При схеме автономного элек-
троснабжения высокого напряжения, как и при питании от
энергосистемы, между общими шинами и преобразователем
~6 кВ

Вариант
питания
от сети

к
s
х

Вариант
питания
от автономного
источника
------------►

-----1

ФКУ

л
а

КРУ

Рис. 6.10. Типовая схема электротехнического комплекса буровой установки
с электропринодами постоянного тока исполнительных механизмов:

Д — дизель; G — генератор переменного тока; ФКУ — фильтрокомпенси-
рующее устройство; КРУ — комплектное распределительное устройство вы-
сокого напряжения; TV — силовые понижающие трансформаторы; ТП —
силовые тиристорные преобразователи; А1 — комплектное устройство с
силовыми переключателями постоянного тока; МЛ, МН, МР, МП — электро-
двигатели соответственно буровой лебедки, бурового насоса, ротора и регу-
лятора подачи долота; ТВ — тиристорные возбудители; А2 — шкаф уп-
равления электроприводами вспомогательных механизмов
устанавливается соответствующий понижающий трансфор-
матор, поэтому с точки зрения построения структуры уро-
вень первичного напряжения не имеет принципиального зна-
чения.

Мощность дизель-генератора суммируется на общих ши-
нах распределительного устройства. Здесь же установлены
выключатели для подсоединения тиристорных преобразова-
телей главных электроприводов и вспомогательных электро-
потребителей. Набор переключателей или контакторов, обес-
печивающих различные рабочие варианты схемы подключе-
ния главных электропотребителей к тиристорным преобразо-
вателям (на стороне постоянного тока), представляет собой
обычно отдельное комплектное устройство. Для любого элек-
тродвигателя главных приводов система электроснабжения
предусматривает наличие резервного тиристорного источни-
ка питания.

При применении низкого (400 или 690 В) напряжения ди-
зель-генератора энергетический блок в неэлектрифицирован-
ных районах представляет набор дизель-генераторов, а в
электрифицированных — набор ячеек комплектного распре-
делительного устройства (КРУ) и трансформаторов, пони-
жающих напряжение сети до необходимого уровня.

На буровых установках для преобразования трехфазного
переменного тока напряжением 6 или 10 кВ в трехфазный
переменный ток с напряжением, необходимым для питания
электродвигателей вспомогательных механизмов или тири-
сторных преобразователей, применяют понижающие сухие
трансформаторы серии ТСЗП (ТРСЗП) и понижающие мас-
ляные трансформаторы серии ТМБ (ТРМП). Технические ха-
рактеристики трансформаторов, применяемых на буровых
установках, приведены в табл. 6.8.

Наличие в силовых каналах электроприводов основных
исполнительных механизмов буровой установки управляемых
выпрямителей является причиной при глубоком регулирова-
нии скорости низкого значения коэффициента мощности
(cos ср), причем его значение примерно равно углу а отпира-
ния тиристоров (cos <р « cos а).

С целью улучшения коэффициента мощности, снижения
потерь энергии и улучшения других показателей качества
электроэнергии в системах внутреннего электроснабжения
буровой установки применяются фильтрокомпенсирующие
устройства (ФКУ). Они содержат до четырех конденсаторно-
реакторных групп (ступеней) суммарной мощностью до 1000
квар, которые включаются в работу средствами автоматики в
Таблица 6.8

Силовые и преобразовательные трансформаторы буровых установок

Параметр трансформатора	Тип трансформатора			
	ТМБ- 400/6	ТМБ- 630/6	ТСЗП- 1600/6	ТРСЗП- 2500/6
Номинальная мощность сетевой обмотки, кВ А	400	630	1600	2200
Номинальное напряже- ние, В:				
сетевой обмотки	6000	6000	6000	6000
вторичной обмотки	400	400	570	380
Схема и группа соеди- нения обмоток	Y/Y-0	Y/Y-0	Y/A-11	Y/Y/A-0-11
Мощность потерь холо- стого хода, Вт	950	1310	3400	4900
Мощность потерь ко- роткого замыкания, Вт	5500	7600	14000	14000
Напряжение короткого замыкания, %	4,5	5,5	6,0	5,7
Ток холостого хода, %	2,0	1,9	1,1	1,0
Номинальный ток пре- образователя, А	-	—	2000	3x1250  1x1000
Масса, кг	1930	2750	6000	8500

зависимости от режимов работы электроприводов буровой
установки.

В связи с увеличением глубин бурения возникла необхо-
димость повышения мощности главных электроприводов бу-
ровых установок. Однако для принятого в настоящее время
уровня напряжения питания 380 В (выпрямленное напряже-
ние постоянного тока 440 В) предельная мощность электро-
двигателей постоянного тока, выпускаемых в РФ, составляет
не более 600 кВт. Для дальнейшего увеличения мощности
приводных электродвигателей потребовался переход на по-
вышенное напряжение питания 660 В (выпрямленное напря-
жение 800 В). На базе электрооборудования для буровых ус-
тановок, созданного ранее ОАО «Электропривод» и ОАО
«Электросила», был разработан и изготовлен комплект элек-
трооборудования буровой установки с питанием от электри-
ческой сети БУ-3900/225-ЭПК БМ. Однолинейная схема элек-
трооборудования с питанием главных электроприводов по-
вышенным напряжением показана на рис. 6.11.
Для всех главных механизмов используется унифи-
цированный электродвигатель постоянного тока мощностью
750 кВт, выбор которого проведен на основании тщательного
технико-экономического анализа. Повышение напряжения
позволило повысить мощность главных электроприводов с
сохранением и даже некоторым уменьшением габаритов и
массы комплектных устройств, а также массы кабелей.

В процессе разработки электротехнического комплекса
БУ-3900/225-ЭПК БМ был использован ряд оригинальных
технических решений, позволяющих получить повышенные
технические и энергетические характеристики систем элек-
тропривода. Основой явилось рациональное использование
зоны регулирования скорости от номинального до макси-
мального значения с помощью ослабления магнитного потока
двигателя.

В частности, передаточные отношения коробки передач
буровой лебедки и механические характеристики электро-
привода выбраны таким образом, что в общей характеристи-
ке буровой лебедки (см. рис. 6.7) отсутствуют «провалы», а в
точке наибольшей рабочей нагрузки электродвигатель и ти-
ристорный преобразователь работают при номинальном на-
пряжении.

Аналогичные решения приняты для электроприводов бу-
ровых насосов и ротора. В результате достигнуты наилучшие
энергетические показатели электропривода и минимизиро-
ваны массогабаритные характеристики фильтрокомпенси-
рующих устройств (на электрических БУ) и оптимальные ре-
жимы работы дизель-электростанций (на автономных БУ).

Из типовой схемы (см. рис. 6.11), видно, что на электриче-
ских и дизель-электрических БУ может быть использовано
одинаковое электрооборудование всех буровых механизмов;
различие состоит лишь в том, что в первом случае использу-
ются понижающие трансформаторы и соответствующие
комплектные распределительные устройства, а во втором —
дизель-электростанция на напряжение 660 В.

Для буровой лебедки применен новый электромагнитный
тормоз индукционный ТЭЙ-710-45, обладающий более высо-
кой теплорассеивающей способностью по сравнению с ранее
применяемым ферропорошковым тормозом ТЭП-45, что по-
зволило повысить скорость спуска КБТ.

На рис. 6.12 показана структура электротехнического ком-
плекса буровой установки с частотно-регулируемыми элек-
троприводами исполнительных механизмов. Работы по созда-
нию буровых установок с частотно-регулируемыми электро-
6,3 кВ, 50 Гц
Рис. 6.11. Однолинейная схема электроснабжения буровой установки
БУ-3900/225-ЭПК БМ:

КРУ1, КРУ2 — комплектные распределительные устройства КРУЭ-6(10)У2В;
АСДА — дизель-электрическая станция для питания вспомогательных приво-
дов АСДА-200, 200 кВт, 400 В, 50 Гц; ФКУ1, ФКУ2 — фильтрокомпенсирую-
щие устройства; ТРСЗП — силовой трансформатор 1600 кВ-А, 6/0.69 кВ;
ГМБ — силовой трансформатор ТМВ-630, 630 кВА, 6/0,4 кВ; ШВГ1,
ШВГ2 - шкафы ввода питающего напряжения (главные); ШВВ — шкаф вво-
да питающего напряжения (вспомогательный); ПВ — панель ввода перемен-
ного тока; КУ - комплектное устройство КУ-ВУ-3900/225; ГРШ — группо-
вой распределительный шкаф; ШУЛ — шкаф управления лебедкой; ШУР —
шкаф управления ротором; ШУН1, ШУН2 — шкафы управления насосом;
ШУТ — шкаф управления электромагнитным тормозом; ШУП — шкаф
управления регулятором подачи долота; ЭМТ — индукционный электромаг-
нитный тормоз; МЛ — электродвигатель привода лебедки, 750 кВт, 800 В;
МР — электродвигатель привода ротора, 630 кВт, 800 В; МН1, МН2 — элек-
тродвигатели привода насоса, 750 кВт, 800 В; МП — электродвигатель пода-
чи долота, 65 кВт, 440 В; QS1, QS2, QS3 — переключатели

приводами находятся в России в стадии исследовательских
работ.

С 1998 г. компанией АВВ налажен выпуск системы много-
двигательных асинхронных частотно-регулируемых электро-
приводов под фирменным обозначением ASC 600 Multe Drive.
Структура многодвигательного электропривода с общим зве-
ном постоянного тока представлена на рис. 6.13.

Система электропривода имеет модульную конструкцию с
общей питающей шиной постоянного тока. Питание от об-
щей шины постоянного тока позволяет осуществлять тормо-
жение от двигателя к двигателю без использования тормозно-
го инвертора или рекуперативного модуля.

Конструктивно в состав электропривода входят: входной
модуль, служащий для подвода трехфазного питающего на-
пряжения; модуль трехфазного выпрямителя, преобразующе-
го трехфазное переменное напряжение в постоянное; модули
управления индивидуальных электроприводов, каждый из
которых содержит инвертор с IGB-транзисторами; контрол-
лер управления двигателями; вспомогательный контроллер;
платы ввода и вывода, выходной фильтр.

Инверторы имеют встроенные конденсаторы для сглажи-
вания напряжения питающей шины постоянного тока.

Силовой выпрямитель с целью снижения вредного влия-
ния высших гармоник на качество питающего напряжения
может иметь двенадцатипульсную схему выпрямления, кото-
рая строится из двух шестипульсных выпрямителей. Питание
выпрямителя в этом случае осуществляется от общего трех-
обмоточного трансформатора с двумя вторичными обмотка-
ми, обеспечивающими сдвиг по фазе линейных напряжений
возбудители Вспомогательные
генераторов электроприводы

Рис. 6.12. Структура электротехнического комплекса буровой установки с
частотно-регулнруемымн электроприводами исполнительных механизмов:
G — генераторы постоянного или переменного тока; ПЧ —преобразователи
частоты (остальные обозначения см. рис. 6.10)

на 30°. Чтобы предотвратить чрезмерный рост среднего зна-
чения выпрямленного напряжения при групповом торможе-
нии электродвигателей, предусматривается блок тормозных
резисторов.

Частотно-регулируемые электроприводы исполнительных
механизмов буровых установок нашли широкое применение
на технологических установках, ведущих эксплуатацию ме-
сторождений углеводородного сырья в акватории Северного
моря.

Корпорацией Триол (г. Москва) разработаны частотно-
регулируемые электроприводы Триол АТО8, предназначен-
ные для управления технологическими установками, приво-
310
1

2

3

4

5

Рис. 6.13. Структура многодвигательного электропривода Multy Drive с общим звеном постоянного тока:

/ — шкаф источников питания собственных нужд; 2 — шкаф ввода с разъединителем и предохранителями; 3 — шкаф
силового выпрямителя (на диодах или тиристорах) преобразователя многодвигательного электропривода; 4 — шкафы мо-
дулей инверторов преобразователей многодвигательного электропривода; 5 — шкаф системы управления многодвигатель-
ного электропривода; б — система управления индивидуальным электроприводом; 7 — контроллер управления технологи-
ческим процессом; 8 — промышленный интерфейс; 9 — электродвигатели исполнительных механизмов; 10 — аппараты
коммутации и защиты инвертора; 11 — пульт управления и контроля параметров индивидуального электропривода; 12 —
устройство контроля параметров технологического процесса; 13 — рабочее место оператора
дом которых служат асинхронные электродвигатели с напря-
жением 660 В, Ряд АТО8 содержит семь типоисполнений
приводов мощностью 200, 250, 320, 400, 500, 630, 750 кВт.
Электроприводы обеспечивают следующие режимы работы
исполнительных механизмов:

плавный частотный пуск;

длительный режим работы в заданном диапазоне регули-
рования скорости;

реверсирование;

защиту электрического и механического оборудования.

Электроприводы АТО8 могут быть использованы для бу-
ровых установок.

Основные параметры н характеристики АТО8

Питающая есть................

Выходное напряжение..........

Выходная частота.............

Тип перегрузки...............

КПД..........................

Коэффициент мощности (сети)..

3x660 В, +10 %, - 15 %, 50(60) Гц

Зх(О —660 В) +2 %

0-50(100) Гц +0,05 %

150 % номинального значения

в течение 60 с.

Не менее 0,97 (без двигателя)

Не ниже 0,95

Электропривод сохраняет работоспособное состояние при
кратковременных отклонениях напряжения питающей сети
на 40 %. Климатическое исполнение УХЛ4 либо УХЛЗ. Сте-
пень защиты IP21 или IP54 (в зависимости от типа).

В состав электропривода АТО8 входят:

шкаф электропривода с силовым преобразователем часто-
ты, системой управления, защиты и сигнализации;

пульт дистанционного управления;

блок выходного фильтра ограничения напряжения на дви-
гателе;

блок тормозного резистора.

В преобразователе частоты и других устройств использо-
ваны диодно-тиристорные и транзисторные IGBT — модули
на напряжение 1700, 1800 В. Управление электроприводом
осуществляется с помощью микроконтроллера.

6.11.	НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МЕХАНИЗМОВ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Внедрение регулируемого электропривода исполнительных
механизмов буровой установки обеспечивает возможность
оптимального выполнения технологических процессов про-
водки скважин, повышение их качества и технико-
экономических показателей в результате применения систем
автоматического управления.

Совершенствование и развитие автоматизации основных
исполнительных механизмов технологического комплекса бу-
ровой установки включает в себя ряд направлений, к кото-
рым можно отнести:

повышение степени механизации и переход от частичной
механизации и автоматизации к комплексной автоматизации
всего технологического комплекса проведения работ;

улучшение качества технологических режимов на основе
внедрения высокоэффективных микропроцессорных систем
управления, в том числе адаптивных;

разработка информационных устройств измерения техно-
логических параметров, систем контроля и защиты;

создание устройства диагностики механизмов и систем
электропривода.

Разработка и внедрение управляющих устройств опти-
мального управления технологическим процессом (с фор-
мированием режимов, оптимальных по заданному крите-
рию качества) целесообразны прежде всего для систем
управления бурением и машинными операциями по спуску и
подъему, охватывающим два основных технологических
режима, в которых взаимодействуют наиболее энергоемкие
механизмы установки, а требуемый эффект обусловлен
непосредственным воздействием на систему электро-
привода.

Улучшение качества технологических режимов в резуль-
тате внедрения САУ связано с введением как прямого циф-
рового управления, так и управляющих устройств всех уров-
ней автоматизации от локальных регуляторов до системы
управления комплексом механизмов.

В общем виде система управления электропривода вклю-
чает ряд подсистем: включения, регулирования, контроля,
защиты и блокировки, информационную и диагностики.
Применение микроЭВМ обеспечивает принципиальную воз-
можность реализации всех указанных выше задач управле-
ния на единой аппаратной основе. Поэтому, наряду с основ-
ными задачами САУ, приведенными в табл. 6.9, возникает
ряд дополнительных. Например, возможность введения в
комплектный электропривод систем диагностики на базе
микроЭВМ должна быть рассмотрена применительно ко всем
электроприводам исполнительных механизмов буровой уста-
новки.
Таблица 6.9

Задачи систем управления в подсистемах преобразования
и использования электроэнергии иа буровой установке

Электроприводной механизм	Функции механизма в основных прозводст- венных операциях	Задачи САУ
Роторный стол  Регулятор подачи долота  Буровой насос  Циркуляционная система	Обеспечение при ро- торном бурении момен- та на породоразру- шающем инструменте и частоты его вращения; ограничение значения крутящего	момента,  передаваемого через КБТ; постоянное или периодическое враще- ние КБТ с фиксирован- ной малой скоростью при турбинном бурении  Подача породоразру- шающего инструмента на забой в заданном диапазоне скоростей; поддержание рацио- нального значения осе- вой нагрузки на долото с определенной точно- стью  Подача промывочной жидкости в скважину при бурении, промывке и восстановлении цир- куляции; создание по- тока жидкости для под- вода энергии к турбо- буру  Приготовление бурово- го раствора и регулиро- вание его физико- химических свойств; очистка бурового рас- твора; долив раствора в скважину	Выбор оптимального значе- ния частоты вращения при заданной нагрузке на долото с учетом текущих параметров технологического режима; определение	оптимальной  траектории изменения часто- ты вращения долота в тече- ние рейса; регулирование уставки ограничения — зна- чения крутящего момента в функции режима работы до- лота и КБТ; сигнализация о возможности перегрузки  Выбор оптимального значе- ния осевой нагрузки на доло- то в зависимости от техноло- гических и геологических факторов и поддержания это- го значения при изменении параметров режима  Выбор оптимального значе- ния расхода промывочной жидкости в зависимости от конструкции скважины и технологических параметров режима. Автоматическое из- менение частоты ходов насо- са в соответствии с опти- мальным законом регулиро- вания и характеристикой турбобура; демпфирование колебаний давления и расхо- да на выходе насоса  Дистанционное управление электроприводами механиз- мов системы по заданной программе; автоматическая дозировка и транспортировка материалов и химических реагентов;	регулирование  физико-химических свойств бурового раствора путем ав- томатизированной добавки реагентов; автоматический долив раствора в скважину при спускоподъемных опера- циях
Продолжение табл. 6.9

Электроприв одной механизм	Функции механизма в основных производ- ственных операциях	Задачи САУ
Спускоподъемный агрегат	Разгон, перемещение с установившейся скоро- стью, замедление и ос- тановка в заданном по- ложении КБТ или неза- груженного элеватора в сторону подъема или спуска. Обеспечение согласованности	во  времени работы лебед- ки, клиньев, ключа, стрелы и тележки ком- плекса	механизмов  спуска-подъема. Огра- ничение темпа разгона КБТ в сторону спуска	Определение оптимального темпа разгона, значения ус- тановившейся скорости и траектории	замедления,  обеспечивающих точную ос- тановку в функции нагрузки на крюке; реализация опти- мального управления пере- мещением крюка. Программ- ное управление с выдачей команд на сопряженные ме- ханизмы; автоматическое ог- раничение темпа разгона в соответствии с допустимым ускорением
Комплекс меха- низмов спуска- подъема	Механизированное вы- полнение операций по переносу свечи	Автоматическое управление последовательностью опера- ций по переносу свечи; про- граммное управление расста- новкой свечей; согласованное управление механизмами комплекса во времени
Комплектное рас- пределительное устройство	Питание тиристорных преобразователей глав - ных электроприводов, а также	собственных  нужд и вспомогатель- ных механизмов; пере- ключение коммутаци- онных аппаратов с це- лью выбора соответст- вующих схем распреде- ления электроэнергии	Автоматическое выполнение переключений в соответствии с заданной программой и матрицей переключений; ав- томатический переход с од- ной системы шин на другую в аварийной ситуации

Задачи и функции САУ должны быть конкретизированы в
соответствии со специфическими особенностями исполни-
тельного механизма.

Рассмотрим электроприводы основных механизмов буро-
вой установки.

Электропривод буровых насосов. При роторном бурении
буровой насос оказывает влияние в основном на качество
промывки скважины и охлаждение долота; при турбинном —
обеспечивает подвод энергии к забойному двигателю и не-
посредственно участвует в управлении режимом бурения.
Поскольку вид бурения для установки заранее не определен
и в ходе проводки глубокой скважины может осуществляться
переход с роторного на турбинное бурение и наоборот, САУ
электропривода должна быть унифицированной.

Значительное увеличение производительности бурения
может быть достигнуто применением адаптивной САУ, кото-
рая на основе информации о расходе и параметрах промы-
вочной жидкости, механической скорости, глубине скважины
и других параметрах бурения автоматически регулирует час-
тоту вращения (и, соответственно, производительность насо-
са) в процессе углубления скважины с периодической заме-
ной гидравлической характеристики забойных механизмов.

Одновременно САУ электропривода насоса может обеспе-
чить демпфирование колебаний давления и расхода промы-
вочной жидкости на выходе, обусловленных конструктивны-
ми особенностями поршневых насосов.

К другим функциям микропроцессорной САУ электропри-
вода бурового насоса можно отнести:

поддержание оптимального значения регулируемой вели-
чины с периодическим изменением уставки в соответствии с
принятым законом регулирования;

решение задач контроля и защиты технологического про-
цесса;

обеспечение контроля и диагностики тиристорного элек-
тропривода постоянного или переменного тока;

программное управление режимом промывки скважины и
восстановления циркуляции.

По мере развития телеметрических средств контроля тех-
нологического процесса, в частности, датчиков момента и
частоты вращения турбобура, измеряющих эти параметры
процесса непосредственно, алгоритм управления режимом
турбинного бурения может быть перестроен.

В двухуровневой структуре САУ задачи выбора и расчета
значений управляемых величин может выполнять информа-
ционно-управляющий комплекс, а непосредственное управ-
ление электроприводом в соответствии с заданным режи-
мом — микропроцессорный контроллер, встроенный в ком-
плектное устройство управления электроприводом.

Электропривод ротора. Производительность роторного
бурения зависит от сочетания частоты вращения долота, осе-
вой нагрузки на долото, расхода промывочной жидкости, фи-
зических свойств буримых пород и других факторов. Много-
образие факторов, связанных с процессом взаимодействия
долота с породой, сложность и взаимосвязанность этих фак-
торов в значительной степени затрудняют получение мате-
матической модели, адекватно отражающей процесс бурения.
Одной из задачи САУ электропривода ротора является вы-
бор оптимального управляющего воздействия в условиях
взаимосвязанного управления рядом исполнительных меха-
низмов и отсутствия строгого математического описания
процесса. Решение этой задачи возможно на основе исполь-
зования адаптивных систем управления на базе ЭВМ. Прин-
ципы построения САУ с адаптивными моделями глубокого
роторного бурения заключаются в использовании однотакт-
ной схемы идентификации параметров модели и пассивного
слежения за их изменением; использовании декомпозиции
критерия оптимизации на составляющие по виду износа ин-
струмента (по опоре и вооружению долота) и определении
вида износа, на который следует ориентироваться при нахо-
ждении оптимальных управляющих воздействий.

При этом автоматическое управляющее устройство адап-
тации может включать;

структуру индентификатора, последовательный адаптивно-
итеративный алгоритм которого дает возможность получать
значения оценок параметров модели по однократному испы-
танию объекта управления;

структуру, в основе построения которой использован ал-
горитм управления, обеспечивающий чередование режима
идентификации параметров модели с формированием управ-
ляющих воздействий (нагрузки на долото и скорости его
вращения). Полученная информация может быть использова-
на для изучения объекта управления в процессе эксплуата-
ции;

структуру, использующую алгоритм распознавания вида
отработки долота и обеспечивающую при формировании оп-
тимальных управляющих воздействий максимального значе-
ния критерия оптимизации при изменяющихся условиях
функционирования объекта.

Другой задачей САУ электропривода ротора является оп-
тимальное управление частотой вращения ротора, направ-
ленное на обеспечение максимального использования уста-
новленной мощности привода. Эта задача связана с необхо-
димостью регулирования частоты вращения ротора в функ-
ции глубины скважины, от рейса к рейсу, от начала рейса к
его концу, а также в зависимости от физических свойств бу-
римых пород и интенсивности режима промывки.

Задачей САУ может быть также непосредственное управ-
ление электроприводом ротора в реальном масштабе времени
с частотой квантования, достаточной для измерения текущих
значений управляемых величин, вычисления оптимальных
значений управляющий воздействий, сравнения текущих
значений с оптимальными и выполнения действий, направ-
ленных на их сближение.

К задачам САУ также можно отнести:

ограничение момента, передаваемого на КБТ (уставка мо-
жет быть регулируемой, с учетом изменения конструкций
КБТ и режима работы долота);

решения других задач контроля и защиты технологическо-
го процесса в соответствии с заданным алгоритмом;

обеспечение контроля и диагностики работы тиристорного
электропривода.

При двухуровневой структуре САУ задача расчета управ-
ляющих воздействий может быть передана информационно-
управляющему комплексу верхнего уровня, а непосредствен-
ное управление электроприводом — локальной САУ.

Электропривод спускоподъемного агрегата. Цели
автоматизации спускоподъемного агрегата (СПА) —
увеличение производительности, уменьшение динамических
усилий в механических узлах за счет формирования
заданного закона управления, оптимизация энергетических
показателей работы буровой установки, улучшение работы
обслуживающего персонала. Увеличение производительности
СПА можно достичь сокращением времени операций пуска и
торможения, а уменьшение динамических нагрузок —
ограничением ускорения (замедления).

Поскольку СПА работает в режимах дискретного измене-
ния от цикла к циклу активной нагрузки, для получения
кратчайшего времени разгона (торможения) необходимо в
каждом цикле корректировать темп изменения выходного
сигнала задатчика интенсивности в функции веса КБТ. При
этом должны быть учтены ограничения, связанные как с ме-
ханической частью СПА (ускорение не должно превышать
допустимого значе’ния), а так и на ток якоря электродвигате-
ля. При двухзонном регулировании скорости также необхо-
димо учитывать изменение магнитного потока электродвига-
теля.

Задатчик интенсивности с переменным коэффициентом
усиления для решения подобной задачи может быть реализо-
ван на базе микропроцессорной техники. Функциональная
схема САУ буровой лебедки с микроЭВМ в качестве про-
граммно-задающего устройства приведена на рис. 6.14, а.

С помощью ЭВМ решается задача формирования опти-
мального движения КБТ при пуске и на установившейся ско-
рости. При этом регулятор мощности РМЛ и задатчик интен-
318
гивности ЗИ реализуются соответствующей программой
IBM.

В режиме замедления и точной остановки изменяется
сгруктура управляющего устройства. Программы РМЛ и
'.И не работают, обработка информации ведется с помощью
программ «задатчик положения — регулятор положения»
(ЗП —РП) (рис. 6.14, б). До начала торможения предваритель-
но решаются уравнения задатчика положения для нахожде-
ния расчетного значения тормозного пути. Когда расстояние
до уровня точной остановки становится равным заданному
пути, начинает работать программа, решающая уравнения
t истемы регулирования положения. В результате на вход ре-
гулятора скорости через устройство сопряжения с объектом
подается сигнал U3.c, обеспечивающий заданный закон изме-
нения пути торможения во времени.

Основную долю времени цикла подъема или спуска
КБТ составляет продолжительность установившегося движе-
ния. Выбор скорости перемещения рабочего органа в дейст-
вующих в настоящее время буровых установках осуществля-
ется по закону постоянства мощности с помощью регулято-
ров мощности.

Применяемые в настоящее время аналоговые регуляторы
мощности отличаются невысокой стабильностью, обуслов-
ленной использованием нелинейных функциональных преоб-
разователей, дрейфом операционных усилителей и др., что
отражается на точности отработки закона регулирования и,
т оответственно, производительности. Однако главный резерв
повышения производительности при использовании ЭВМ
представляет возможность реализации более целесообразного
закона регулирования.

Регулирование по закону постоянства мощности опти-
мально по критерию кратчайшего времени перемещения
только при постоянной относительной продолжительности
включения привода. Длительность же рабочего цикла СПА —
величина переменная, она изменяется от цикла к циклу, в то
время как длительность вспомогательных операций при су-
ществующем в настоящее время их уровне механизации и
автоматизации остается величиной практически постоянной.
Таким образом, для электропривода СПА относительная про-
должительность включения — величина переменная, умень-
шающаяся по мере снижения веса КБТ и повышения скоро-
сти подъема. В связи с изложенным в качестве критерия оп-
тимизации может быть принято постоянство уровня потерь в
якоре электродвигателя.
a

1’ис. 6.14. Функциональная схема САУ буровой лебедки с микроЭВМ в каче-
< тве программно-задающего устройства в режиме замедления (а) н точной
остановки (6):

1’МЛ — регулятор мощности; ЗИ - задатчик интенсивности; ЗП, РП — со-
'и истственно задатчик и регулятор положения; ДВ — датчик веса КБТ;

Г,, —сигналы задания соответственно положения и скорости; 1/р — опера-
। <>р интегрирования; со — угловая скорость вала буровой лебедки; St, — угол
поворота вала буровой лебедки; GKp — вес крюка

Аналитическое выражение закона регулирования при этом
имеет сложный характер, и его реализация требует примене-
ния средств цифровой вычислительной техники.

Следует отметить, что специфика загрузки СПА машин-
ными операциями, обусловленная необходимостью много-
кратного подъема КБТ с различных глубин, заключается в
ком, что циклы с малыми нагрузками выполняются во много
раз чаще, чем циклы с нагрузкой, близкой к номинальной.
11оэтому сокращение длительности машинного цикла при ма-
лых нагрузках, обусловленное переходом к управлению по
критерию постоянства электрических потерь в якоре элек-
тродвигателя, может дать существенное уменьшение суммар-
ного времени спускоподъемных операций за период проход-
ки скважины.

Возможности совершенствования динамических режимов
работы СПА не исчерпываются рассмотренными выше зако-
нами. С появлением возможности обработки информации о
динамических нагрузках в канате на микроЭВМ можно воз-
ложить задачу подавления колебательных нагрузок при спус-
коподъемных операциях средствами электропривода путем
корректировки управляющих воздействий с учетом значений
усилий в канате их первой и второй производных и т.д.

Мультипрограммный режим работы микроЭВМ позволяет
одновременно с выполнением программ осуществлять кон-
троль и диагностику основных узлов СПА.

Вспомогательные механизмы буровой установки. Значи-
тельная часть времени (примерно четверть всего производи-
тельного времени строительства скважины) затрачивается на
приготовление, утяжеление и обработку бурового раствора.
Механизация и автоматизация этих трудоемких процессов
обеспечивают значительную экономию материальных и тру-
довых ресурсов. Чтобы обеспечит соответствие параметров
бурового раствора заданным, управляющая ЭВМ при откло-
нении этих параметров от заданного значения вырабатывает
управляющие воздействия на механизмы системы растворо-
< набжения в виде добавок реагентов, утяжелителей и т.д.
При двухуровневой САУ на верхнем уровне может обра-
батываться текущая информация о количестве и качестве бу-
рового раствора и рассчитываться необходимый объем доба-
вок в буровой раствор, а регулирующие воздействия могут
быть реализованы локальными контроллерами.

При комплексном управлении электроприводами меха-
низмов, обеспечивающих технологический процесс углубле-
ния скважины, возможно дистанционное регулирование ме-
ханизмов, осуществляющих очистку бурового раствора от
выбуренной породы. Однако это требует оснащения этих ме-
ханизмов регулируемыми электроприводами.

Кроме того, технологический комплекс приготовления и
регулирования бурового раствора может быть оснащен дис-
танционным управлением следующими процессами: приема и
хранения порошкообразных материалов; дозирования и пода-
чи сыпучих материалов и химических реагентов; приготовле-
ния маточного раствора; очистки бурового раствора от выбу-
ренной породы; химической обработки и утяжеления буро-
вого раствора; регенерации утяжелители и др.

При использовании микроЭВМ на нее также могут быть
возложены задачи по регулированию параметров бурового
раствора при глушении скважины, при инклинометрии ство-
ла скважины и в режимах наклонно направленного бурения.

Другим важнейшим вспомогательным механизмом, опре-
деляющим производительность буровой установки, является
механизм переноса свечи при спускоподъемных операциях.
Задачей САУ электроприводом тележки является обеспечение
замедления и точной остановки против заданной кассеты
(или, при возврате в нулевое положение, против центра
скважины). Для контроля положения тележки могут служить
датчик, установленный на тележке, и магнитные шунты
(флажки), расположенные вдоль пути тележки в определен-
ных местах относительно осей кассет и центра скважины.
Датчик положения при прохождении каждого шунта выдает
импульс в систему логического управления, которая ведет
счет импульсов и подает сигналы в САУ замедления и точной
остановки, При этом микроЭВМ управляет последовательно-
стью работы механизмов и обеспечивает расстановку свечей
в строго определенном порядке.

Диагностика электроприводов с использованием микро-
процессоров. Целями систем диагностики являются проверка
работоспособности комплектных систем электропривода, со-
держащих тиристорные преобразователи, электродвигатели,
датчики, микропроцессорные средства управления и др., а
322
также диагностика неисправностей, позволяющая макси-
мально сократить время восстановления.

Система диагностики может обеспечить:

проверку работоспособности микропроцессора, программ-
ного обеспечения;

проверку исправности силовых тиристоров, предохраните-
лей и систем управления преобразователями;

контроль включения вентиляторов;

сигнализацию о состоянии преобразователя и электропри-
вода («готов к работе», «не готов к работе»), потере питания
электроэнергией, превышении ограничения по току, мгно-
венном значении тока, скорости двигателя, напряжении, тем-
пературе в шкафу, отказе силового тиристора и предохрани-
теля (с указанием номера).

К указанным функциям могут быть добавлены технологи-
ческие защиты и блокировки, а также специфические задачи
для конкретного электропривода.

Также следует отметить, что задача диагностики тири-
сторного электропривода является общей для широкой но-
менклатуры электроприводов и должна решаться по мере то-
го, как в промышленности будут отработаны унифицирован-
ные технические решения с учетом специфики конкретного
электропривода.
Глава 7

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ

7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОВРЕМЕННЫХ
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ

Ббльшая часть рабочих машин в нефтегазовой промыш-
ленности в настоящее время оснащена нерегулируемыми
электроприводами с асинхронными и синхронными электро-
двигателями. Регулирование производительности перекачи-
вающих агрегатов осуществляется дискретно изменением их
числа и плавно — весьма неэффективным способом — дрос-
селированием с помощью задвижек.

Последний способ связан с повышенным энергопотребле-
нием, невысокой точностью регулирования технологических
параметров, а также с повышенным износом электрического,
механического и гидравлического оборудования. Прямые
пуски двигателей большой мощности вызывают ударные на-
грузки в передаточных механизмах, недопустимые провалы
напряжения в системах электроснабжения.

Низкий уровень использования регулируемых электро-
приводов в нефтегазовой промышленности объясняется, с
одной стороны, отсутствием до последнего времени надеж-
ных преобразователей частоты (ПЧ), пригодных для тяжелых
условий эксплуатации, а с другой — существовавшей в 1980-х
годах ценовой политикой на энергоносители. В связи с по-
стоянным увеличением стоимости электроэнергии, ростом
цен на сооружение линий электропередачи при освоении но-
вых месторождений и наметившейся тенденцией перехода на
автономные источники электроснабжения технологических
установок нефтегазовой промышленности становится эконо-
мически и технически целесообразным применение регули-
руемых электроприводов.

Первые попытки создания регулируемого электропривода
в установках транспорта газа были осуществлены для двига-
теля СДЗС-4500-1500. Однако использованные для ПЧ полу-
324
проводники (традиционные тиристоры) оказались недоста-
точно надежны, конструкция системы управления сущест-
венно усложняла эксплуатацию и снижала надежность элек-
। ропривода.

Появление полностью управляемых силовых полупровод-
никовых приборов (IGBT, GCT, IGCT, GTO) с высокими зна-
чениями параметров привело к радикальным изменениям в
(хемотехнике устройств силовой электроники, что позволило
создавать частотно-регулируемые электроприводы большой
(десятки МВт) мощности. Появились объективные возможно-
сти создания малогабаритных, простых и надежных в экс-
плуатации ПЧ с высокими значениями КПД и коэффициента
мощности.

Частотно-регулируемый электропривод обеспечивает:

плавный пуск;

длительную работу в заданном диапазоне изменения ско-
рости и нагрузки;

реверсирование, торможение и останов;

защиту электрического и механического оборудования от
аварийных режимов.

Частотно-регулируемый электропривод является не только
устройством экономичного преобразования электрической
энергии в механическую, но и эффективным средством
управления технологическим процессом, в том числе в замк-
нутых системах автоматического управления в составе раз-
личных автоматизированных систем управления технологиче-
< кими процессами (АСУ ТП).

Эффективность применения частотно-регулируемых элек-
троприводов обусловлена:

высокими энергетическими показателями;

гибкой настройкой программными средствами параметров
и режимов работы электропривода;

развитым интерфейсом и приспосабливаемостью к раз-
личным системам управления и автоматизации, в том числе
высокого уровня;

простотой и удобством управления и обслуживания в экс-
плуатации;

высоким качеством статических и динамических характе-
ристик, обеспечивающих высокую производительность
управляемых машин.

Оптимальная по энергетическим показателям, а также по
регулировочным и механическим характеристикам структура
современного частотно-регулируемого электропривода с
асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором вклю-
чает в себя ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока
(рис. 7.1), состоящий из выпрямителя с индуктивно-
емкостным фильтром постоянного напряжения и автономно-
го инвертора напряжения, построенного на силовых транзи-
сторах IGBT. Инвертор формирует основную гармонику вы-
ходного напряжения ПЧ методом ШИМ.

Регулируемый электропривод, силовая часть которого ба-
зируется на указанной структуре, обладает следующими
преимуществами:

широким диапазоном регулирования скорости (D =
= ЗО-ьбО);

высоким значением КПД (без учета двигателя он достигает
0,98);

высоким значением коэффициента мощности (до 0,98);

высокой надежностью и малыми габаритами преобразова-
теля;

легким обеспечением электромагнитной совместимости
электропривода с источником питания и другими потребите-
лями электрической энергии.

При регулировании скорости электропривода частота и
напряжение на выходе ПЧ изменяются взаимосвязано в со-
ответствии с требуемым соотношением. Изменяя частоту,
можно плавно в широких пределах регулировать скорость
вращения ротора двигателя. При этом скольжение асинхрон-
ного двигателя в процессе регулирования при заданном зна-
чении нагрузки изменяется незначительно, а следовательно,

Ф	АИН

Рис. 7.1. Частотно-регулируемый электропривод с асинхронным коротко-
замкнутым двигателем:

В — выпрямитель; Ф — фильтр; АИН — автономный IGBT-инвертор напря-
жения; УУП — устройство управления преобразователем частоты; М —
двигатель
потери в цепи ротора, пропорциональные скольжению, также
и (меняются незначительно, что обеспечивает энергосбере-
жение.

В настоящее время выпуск частотно-регулируемых элек-
троприводов осуществляют десятки различных фирм во мно-
гих странах. К их числу можно отнести: АВВ (Швейцария),
«General Electric» (США), «Siemens» (Германия), «Schneider
Electric» (Франция), «Mitsubishi» (Япония), «Hitachi» (Япония),
«Триол» (Россия) и др.

Несмотря на то что ПЧ различных фирм отличаются ти-
пами применяемых силовых полупроводниковых приборов,
исполнением, видами защит и другим, следует отметить об-
щие принципы построения современных частотно-регулируе-
мых электроприводов. Отметим некоторые из них:

1.	Силовая часть — преобразователь частоты состоит из
выпрямителя, фильтра постоянного напряжения и IGBT-,
GCT- или IGCT-инвертора с модулем торможения в звене
постоянного напряжения. Для снижения уровня радиопомех
(кондуктивных — распространяющихся по проводам) на вхо-
де ПЧ может включаться блок входного фильтра; для ограни-
чения перенапряжений на зажимах приводного двигателя и
защиты изоляции его обмоток от пробоя и ускоренного ста-
рения на зажимы двигателя включается блок выходного
фильтра.

2.	Система управления — микропроцессорная, формирует
сигналы управления инвертором согласно алгоритму, позво-
ляющему максимально использовать напряжение источника с
минимальными искажениями формы выходного напряжения,
обеспечивая при этом:

автоматическое определение параметров подключенного
двигателя;

самотестирование двигателя и технологических датчиков;

индикацию состояния двигателя дискретными сигна-
лами;

цифровую индикацию на встроенном жидкокристалличе-
ском дисплее:

—	текущих значений переменных электропривода: задан-
ного и(или) фактического значения скорости, заданного
и(или) фактического значения параметра, например, давле-
ния, на выходе насоса (компрессора), тока статора двигателя,
напряжения сети, потребляемой мощности и др.;

—	параметров регулятора и способа ввода задания, на-
чального направления вращения, времени разгона и тормо-
жения, максимального и минимального значений выходной
частоты, пропорционального, интегрального и дифференци-
ального коэффициентов ПИД-регулятора и др.;

—	значений уставок защиты (максимально-токовой, время-
токовой и температурной двигателя, параметров частотно-
токового ограничения, температурной преобразователя);

—	просмотр и изменение параметров двигателя и регуля-
тора со встроенного пульта управления при вводе пароля
доступа к режиму программирования.

Указанные функции выполняются с помощью специали-
зированного по архитектуре под задачи управления электро-
приводом быстродействующего сигнального процессора
(DSP).

Управление электроприводом может быть: местным со
встроенного пульта управления, дистанционное с дистанци-
онного пульта управления, дистанционное от внешней АСУ
или персонального компьютера по каналам последовательной
связи, интерфейс RS485.

Для приема управляющих и задающих сигналов электро-
привод может содержать:

аналоговые входы в стандарте 0—10 В (0 — 5 В), 0 —±10 В
(0 —±5 В);

аналоговые входы с гальванической развязкой в стандарте
4 — 20 мА;

дискретные входы с гальванической развязкой.

Для управления внешними устройствами электропривод
может содержать релейные и аналоговые выходы. Назначе-
ния цифровых входов и выходов могут быть перепрограмми-
рованы. Предусматривается также возможность увеличения
числа входов(выходов) с помощью дополнительных встраи-
ваемых субмодулей расширения.

3.	Система защит электропривода может включать защи-
ты от:

токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания;

замыкания на «землю»;

обрыва фазы;

перенапряжений на силовых элементах схемы;

недопустимых отклонений и исчезновения напряжения
питающей сети;

недопустимого перегрева силовых элементов схемы;

неисправностей и сбоев системы управления;

недопустимых отклонений технологического параметра
и др.

Кроме того, могут быть предусмотрены режимы ограниче-
ния максимальной и минимальной мощности электропривода,
328
минимальной и максимальной рабочей частоты и других па-
раметров.

4.	Система сигнализации электропривода сообщает о:
наличии напряжения питающей сети;

включенном (отключенном) состоянии;

аварийном отключении и др.

Дополнительная информация о состоянии электропривода
выводится на дисплей пульта управления в виде текстовых
сообщений или кодов.

Для получения высокого качества управления электропри-
водом в статических и динамических режимах в широком
диапазоне регулирования скорости, в том числе в области
нулевых скоростей, необходимо иметь возможность быстрого
непосредственного управления моментом электродвигателя.

Современные средства микропроцессорной техники по-
зволяют формировать сложные законы управления асин-
хронным двигателем, близкие по качеству регулирования мо-
мента, скорости и других величин к электроприводам с дви-
гателями постоянного тока. Это становится возможным, если
раздельно воздействовать на две составляющие статорного
тока асинхронного двигателя: намагничивающую, опреде-
ляющую значение магнитного потока двигателя, и ортого-
нальную ей составляющую тока, определяющую момент дви-
гателя.

Такое векторное представление составляющих тока для
каждой фазы двигателя получило название векторного
управления. Иными словами, в асинхронном двигателе необ-
ходимо обеспечить управление как амплитудой, так и фазой
тока статора, т.е. оперировать векторными величинами, чем и
обусловлен термин векторное управление. Синонимами дан-
ного термина, отражающими некоторое различие используе-
мых методов измерения параметров и управления их фазой,
являются: «управление полем», «ориентация поля», «прямое
управление моментом», «регуляторы угла».

Основным узлом векторного управления является преоб-
разователь сигналов задания магнитного потока и момента в
сигналы задания токов для фаз двигателя. В системах мик-
ропроцессорного управления асинхронным двигателем эта
задача решается программными средствами.

По соображениям универсальности и массового выпуска
бблыпая часть фирм производит частотно-регулируемые
электроприводы с возможностью реализации для них век-
торного управления, применение которого целесообразно
для электроприводов, работающих в динамических режимах.
Для электроприводов рабочих машин с редкими пуска-
ми продолжительного режима работы со спокойной нагруз-
кой векторное управление является функционально избы-
точным.

В современных частотно-регулируемых электроприводах
заложены следующие принципы структурно-функциональ-
ного построения:

блочно-модульная компоновка;

комплектность поставки;

компьютеризация;

наличие средств визуализации процесса;

развитая система диагностики;

встроенный ПИД-регулятор контролируемого параметра
электропривода или технологического процесса;

автоматическая компенсация скольжения, основанная на
увеличении частоты на выходе ПЧ по сравнению с заданной
частотой;

компенсация падения напряжения на активном сопротив-
лении цепи статора двигателя (IR компенсация), применяемая
для электроприводов рабочих машин с постоянным моментом
сопротивления;

плавный пуск (торможение) по линейному, S или U-зако-
нам во времени с программными средствами настройки про-
должительности пуска (торможения), которые обеспечивают
плавный (без рывков в начальной и конечной точках) разгон
(торможение) электропривода;

возможность блокировки 2- или 3-х частот механического
резонанса;

защита от блокировки ротора;

возможность реализации различных законов взаимосвя-
занного регулирования напряжения и частоты на выходе ПЧ,
наиболее полно отвечающих требованиям конкретной рабо-
чей машины с целью достижения наилучшего энергосбере-
гающего режима;

возможность программными средствами выбора режимов
работы с нормальным или увеличенным моментом (для рабо-
чих машин с повышенными требованиями к перегрузочной
способности);

многоскоростной режим, заключающийся в наличии
большого количества уставок скорости, который использует-
ся, если по условиям технологического процесса требуется
несколько фиксированных скоростей электропривода;

автоматический самозапуск электропривода после кратко-
временного исчезновения напряжения сети;
предотвращение опрокидывания ротора, заключающееся в
юм, что если при разгоне (торможении) электропривода за-
дано слишком большое ускорение (замедление), а мощность
114 недостаточна, то автоматически увеличится время пуска
(торможения);

определение скорости (подхват на ходу) используется, ес-
ли команда на пуск подается при вращающемся двигателе.
Для предотвращения больших пусковых токов в этом случае
используется функция поиска скорости. Преобразователь
частоты в этом случае определяет скорость электродвигателя
и начинает пуск не с нуля, а с требуемой скорости. Функция
актуальна для электроприводов с большим моментом инер-
ции;

наличие встроенных систем учета потребляемой электро-
>нергии и израсходованного моторесурса;

возможность быстрого копирования параметров настройки
электропривода с одного ПЧ на другой;

автоматический энергосберегающий режим;

обеспечение малошумной работы электродвигателя за счет
реализации специального метода ШИМ-модуляции;

выполнение функций регулирования параметров техноло-
гического процесса (давления, расхода и др.), исполнитель-
ным органом которого служит частотно-регулируемый элек-
тропривод;

возможность встраивания в системы автоматизации верх-
него уровня;

технологические защиты, например, при блокировке
посторонними предметами трубопровода, сухом ходе насоса
и др.;

наличие до четырех независимых наборов параметров, ак-
тивизируемых программно или аппаратно для различных
применений и при изменении внешних условий функциони-
рования электропривода;

возможность выбора разных языков диалога (русского,
английского, немецкого и др,).

В отдельных исполнениях ПЧ может оснащаться програм-
мируемым устройством релейной автоматики, обеспечиваю-
щим возможность автоматизации сложных многоагрегатных
установок и технологических комплексов.

Для гибкой настройки частотно-регулируемых электро-
приводов к конкретным объектам применения предусматри-
ваются дополнительные модули (опции), расширяющие воз-
можность базового исполнения. Все опции можно разделить
на внутренние и внешние. К внутренним относят: различные
коммуникационные модули, обеспечивающие возмож-
ность подключения ПЧ к информационным сетям; платы
расширения, с помощью которых увеличивается число дис-
кретных и аналоговых входов и выходов; платы обратных
связей по параметрам электропривода и технологических
процессов. К внешним опциям относят: дроссели, служащие
для улучшения гармонического состава тока и напряжения;
фильтры для обеспечения требований к электромагнитной
совместимости, тормозные модули с тормозными резистора-
ми и др.

Основные направления дальнейшего совершенствования
частотно-регулируемых электроприводов:

расширение диапазона выходной регулируемой частоты с
целью создания быстроходных безредукторных систем элек-
тропривода;

разработка программных макросов, предназначенных для
встраивания электропривода в специфические технологиче-
ские процессы (управление многонасосной станцией, много-
двигательным электроприводом, грузоподъемным механизмом
и др.);

расширение коммуникационных возможностей для
встраивания электропривода в локальные информационно-
управляющие системы, АСУ ТП и другие сложные автомати-
зированные системы;

улучшение гармонического состава и повышение электро-
магнитной совместимости с сетью;

совершенствование процедуры гибкой и адаптивной на-
стройки характеристик U/f с целью достижения наилучшего
энергосберегающего режима;

обеспечение режима адаптации к изменению параметров
электромеханической системы с целью компенсации измене-
ний активных сопротивлений двигателя, момента инерции и
нагрузки на характеристики электропривода;

снижение габаритов, повышение надежности и др.

В настоящее время в частотно-регулируемых электропри-
водах мощностью до 1 МВт используются IGBT-инверторы, а
в электроприводах большей мощности GTO-, GCT- или
IGCT-инверторы.

Однако с увеличением параметров IGBT-транзисто-
ров мощности ПЧ, выполненных на их базе, и соответствен-
но частотно-регулируемых электроприводов будут воз-
растать.
7.2.	ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В настоящее время на всех стадиях добычи, первичной
переработки и транспортировки углеводородного сырья в ос-
новном применяются электроприводы переменного тока с
асинхронными и синхронными электродвигателями.

Основные направления развития электропривода техноло-
гических установок нефтегазовой промышленности совпа-
дают с общей тенденцией развития электропривода на со-
пременном этапе — все более широким применением регу-
лируемого электропривода и компьютерных средств автома-
тизации при создании нового и модернизации действующего
технологического оборудования. Также следует отметить спе-
цифические для нефтегазовой промышленности направления
дальнейшего совершенствования электропривода — повыше-
ние надежности и взрывозащищенности. Перечислим эти
направления.

1.	Широкое применение полупроводниковых преобразова-
телей для регулирования координат (скорости, положения,
момента) электроприводов.

2.	Стандартизация и унификация силового электрообору-
дования, повышение степени его заводской готовности.

3.	Повышение КПД, коэффициента мощности и других
технико-экономических показателей.

4.	Создание серии комплектных электроприводов, вклю-
чающих силовое электрооборудование, системы автоматиче-
ского управления, контроля, защиты и диагностики.

5.	Унификация и миниатюризация аппаратуры управления.

6.	Применение средств вычислительной техники, исполь-
зование модульного принципа построения систем управления.

7.	Разработка типовых структур электроприводов.

8.	Совершенствование конструкции двигателей, полупро-
водниковых преобразователей и аппаратуры управления с
целью повышения надежности, взрывозащищенности и
уменьшения массогабаритных показателей.

В ближайшие годы основной объем внедрения регулируе-
мых электроприводов в нефтегазовой промышленности будет
связан с ее реконструкцией. При этом наряду с заменой из-
ношенного или морально устаревшего оборудования возмож-
на модернизация существующих электрических машин и
систем управления полупроводниковыми преобразователями
и другими компонентами регулируемого электропривода. При
этом ожидаемая экономия электроэнергии за счет внедрения
регулируемого электропривода может составить до 40 % от
ожидаемой экономии по всей совокупности мероприятий.

Практическая безальтернативность регулируемого элек-
тропривода для тяжелых и экстремальных условий эксплуа-
тации обусловливает особую важность создания таких элек-
троприводов для технических средств освоения континен-
тального шельфа.

Применение в нефтегазовой промышленности регулируе-
мых электроприводов позволяет повысить производитель-
ность рабочих машин и механизмов, автоматизировать мно-
гие технологические процессы, уменьшить энергопотребле-
ние и другие материальные затраты.

Основными объектами применения частотно-регулируе-
мых электроприводов в газовой отрасли являются:

1.	Насосные станции водо- и теплоснабжения, котельные
установки энергетических объектов промыслов и газопро-
водов.

Применение регулируемого электропривода на этих уста-
новках обеспечивает:

плавный частотный пуск электродвигателей;

автоматическое регулирование параметров при измене-
ниях нагрузок, климатических факторов и режимов работы
основного технологического оборудования;

автоматический ввод в работу резервных агрегатов, в том
числе пожарных насосов и др.;

снижение энергопотребления собственных нужд.

2.	Компрессоры газоперекачивающих станций, разгонные
устройства газотурбинных агрегатов, вентиляторы воздушно-
го охлаждения газа и масла, насосы перекачки газового кон-
денсата.

Применение регулируемого электропривода на этих уста-
новках обеспечивает:

автоматическое частотное управление производительно-
стью компрессоров и насосных агрегатов взамен дроссели-
рования, регулирование давления при изменениях подачи
продукта;

плавный безударный пуск мощных электродвигателей;

значительное снижение пусковых токов;

автоматическое регулирование температуры сжатого газа;
энергосбережение.

3.	Компрессоры ступенчатого повышения давления газа,
насосы откачки и перекачки газового конденсата, вентиля-
334
горы воздушного охлаждения сжатого газа технологических
установок переработки газа и газового конденсата.

Применение регулируемого электропривода на этих уста-
новках обеспечивает:

автоматическое регулирование давления, температуры га-
за, подачи газового конденсата и других параметров;

плавный безударный пуск мощных электродвигателей;

повышение качества продукции;

увеличение производительности;

уменьшение потребления электроэнергии.

Основными объектами применения частотно-регулируе-
мых электроприводов в нефтедобывающей отрасли являются:

1.	Технологические установки механизированной добычи
нефти.

Применение частотно-регулируемого электропривода на
этих установка обеспечивает:

оптимизацию работы скважины;

увеличение объема добычи нефти и коэффициента нефте-
отдачи;

увеличение времени рентабельной эксплуатации скважин;

исключение ударных нагрузок на электродвигатель и ме-
ханическое оборудование;

предотвращение гидроударов в трубопроводах;

увеличение срока службы насосного оборудования, арма-
туры и трубопроводов;

улучшение экологической обстановки;

автоматическую защиту, контроль и управление техноло-
гической установкой.

2.	Насосные станции поддержания пластового давления.

Применение частотно-регулируемого электропривода для
насосов поддержания пластового давления обеспечивает:

увеличение объема добычи нефти;

экономию электрической энергии;

оптимизацию воздействия на пласт путем регулирования в
широком диапазоне давления и расхода воды, поступающей в
нагнетательные скважины;

снижение пусковых токов и плавный безударный пуск
электродвигателей;

увеличение срока службы насосного оборудования и тру-
бопроводов;

снижение провалов напряжения в системе электроснаб-
жения при пусках насосных агрегатов.

3.	Технологические установки внутрипромысловой и меж-
промысловой перекачки нефти.
Применение частотно-регулируемого электропривода для
этих установок обеспечивает:

повышение надежности, увеличение межремонтного пе-
риода, увеличение срока службы оборудования;

экономию электрической энергии;

увеличение ресурса оборудования;

снижение капитальных затрат при применении мульти-
фазных насосов, обеспечивающих перекачку нефтегазовой
смеси с содержанием попутного газа до 98 %, и в связи с
этим в отказе от строительства промежуточных установок по
сепарации газа.

4.	Технологические установки магистрального транспорта
нефти.

Применение частотно-регулируемого электропривода для
установок магистрального транспорта нефти обеспечивает:

экономию до 20 — 30 % электроэнергии, потребляемой на-
сосными агрегатами;

автоматическую синхронизацию и оптимизацию последо-
вательно работающих станций магистрального нефтепровода;

увеличение за счет этого пропускной способности нефте-
провода;

устранение условий возникновения гидравлических ударов
и аварийных разрывов трубопровода;

устранение пульсаций потока, возникающих вследствие
неравномерности расхода и отрывного течения в местных
гидравлических сопротивлениях, а также образования двух-
фазных газожидкостных потоков;

щадящие режимы работы и увеличение ресурса работы
трубопровода и насосного оборудования;

облегчение режима самозапуска электропривода при
кратковременных исчезновениях напряжения в системе
электроснабжения

5.	Основные механизмы (лебедка, ротор, буровые насосы,
регулятор подачи долота) и ряд вспомогательных механизмов
(циркуляционная система, вспомогательная лебедка и др.) бу-
ровых установок наземного и морского бурения.

7.3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ СКАЛЯРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Принцип скалярного управления частотно-регулируемого
асинхронного электропривода базируется на изменении час-
тоты и текущих значений напряжения, магнитного потока и
тока двигателя. Управляемость двигателя при этом может
обеспечиваться взаимосвязанным регулированием либо час-
тоты и напряжения, либо частоты и тока статора двигателя.
Первый способ управления принято называть частотным
управлением, а второй — частотно-токовым управлением.
Выбор способа управления определяется совокупностью ста-
тических, динамических и энергетических требований к
электроприводу.

Скалярный принцип частотного управления является наи-
более распространенным в электроприводах с асинхронным
двигателем.

При частотном управлении электромагнитный момент
асинхронного двигателя зависит от частоты и напряжения
переменного тока, питающего статор электрической машины.
Наличие двух независимых каналов управления (уровнем на-
пряжения и частотой) дает возможность реализовать в сис-
теме преобразователь частоты — асинхронный двигатель
(ПЧ —АД) различные законы управления.

Академиком М.П. Костенко установлено, что при сохране-
нии постоянной перегрузочной способности двигателя А, =
Мк/Мном регулирование параметров двигателя и сети должно
осуществляться по закону

( А2

У2 /2Ф2

где Мк, Мном — соответственно критический (максимальный)
и номинальный момент электродвигателя; Mt, М2 — значения
электромагнитного момента, соответствующие значениям
магнитного потока и Ф2; U, U2 — значения напряжений
па статоре; Л, f2 — значения частоты переменного тока,
питающего статор двигателя.

Если индексы величин знаменателей в формулах (7.1) от-
нести к номинальным значениям (напряжению и частоте тока
сети), то можно записать

U f м
ном ном I ном

где Uy, f\ — соответственно напряжение и частота на выходе
преобразователя частоты.
Обозначив U, U = у; f f =а; М М = ц, оконча-
тельно получим

У = сц/ц.	(7.3)

Управляя двигателем в соответствии с выражением (7.3)
при ненасыщенной магнитной системе электрической маши-
ны, можно сохранить практически неизменными коэффици-
ент мощности, скольжение, перегрузочную способность не-
зависимо от изменения частоты.

Виды нагрузки определяют различные формы взаимосвя-
занного управления напряжением и частотой.

При постоянном моменте нагрузки

у = а, или U/f = const.	(7.4)

При постоянной мощности Р = cMf = const, здесь с —
конструктивная постоянная двигателя, будем иметь

у =

М\{?

М П
' 'ном'ном

(7.5)

Часто нагрузка зависит от скорости исполнительного ор-
гана рабочей машины (о

M,=MH0ML^ =Мном(7Д-1 или ц = ап. (7.6)
I шном J	I 'ном J

При вентиляторной нагрузке (п = 2) будем иметь

y = f2 /Г = а2.

1	1 / ном

(7.7)

Механические характеристики привода, сохраняющего
теоретически постоянство перегрузочной способности двига-
теля при указанных видах нагрузки, приведены на рис. 7.2.
Однако, как видно из графиков, изображенных пунктирными
линиями, сохранить постоянство перегрузочной способности
двигателя не удается. Это связано с тем, что с уменьшением
частоты растет влияние падения напряжения в активном со-
противлении статорной цепи, которое при выводе основных
законов управления не учитывалось.
Рис. 7.2. Механические характеристики привода, управляемого по системе
преобразователь частоты - асинхронный двигатель:

о — при постоянном моменте; б — при постоянной мощности; в — при вен-
тиляторной нагрузке

Для того чтобы реализовать принцип скалярного частот-
ного управления, необходимо в соответствии с выражением
(7.2) взаимосвязано управлять напряжением на статоре асин-
хронной машины при изменении частоты.

В разомкнутых системах ПЧ —АД не удается достичь боль-
шого диапазона регулирования скорости, поскольку в
значительной степени проявляется статизм (влияние измене-
ния момента нагрузки на механическую характеристику при-
вода). Например, уже при диапазоне регулирования 6:1 ста-
тизм может достигать около 30 %. В частотно-управляемых
замкнутых (с обратными связями по току, скорости или дру-
гим величинам) системах электропривода диапазон регули-
рования скорости расширяется до 50:1 и более, а в асинхрон-
ных приводах с векторным принципом управления до 1000:1
и более.

Скалярное управление может быть реализовано при от-
сутствии датчиков напряжения, тока и скорости. Тем не ме-
нее, все современные ПЧ содержат датчики тока и напряже-
ния для обеспечения сервисных защитных и других дополни-
тельных функций. Датчики напряжения устанавливаются, как
правило, в звене постоянного тока, а датчики тока — на вы-
ходе инвертора в двух фазах.

При частотном регулировании скорости синхронных дви-
гателей для случая постоянного момента сопротивления на
валу двигателя напряжение на выходе ПЧ следует изменять
по закону U/f = const. Если же момент приводимой рабочей
машины зависит от скорости, то при изменении частоты тре-
буется наряду с изменением напряжения регулировать ток
возбуждения двигателя.
Рассмотрим законы скалярного управления при частотном
регулировании скорости синхронного двигателя с неявно вы-
раженными полюсами из условия обеспечения заданной пе-
регрузочной способности (угол нагрузки 0 = 0НОМ = const).

Электромагнитный момент синхронного двигателя опреде-
ляется следующей зависимостью:

М = —sin0,	(7.8)

0>0Х

где U — фазное напряжение на зажимах статора; Е — ЭДС,
индуцируемая в обмотке статора; <в0 — угловая скорость маг-
нитного поля; х — синхронное индуктивное сопротивление.

Пренебрегая насыщением магнитной цепи, формулу (7.8)
можно записать в виде

M = A^B-sin0,	(7.9)

где /в — ток возбуждения синхронного двигателя; А — посто-
янная величина.

При постоянном значении утла нагрузки двигателя (0 =
= 0НОМ) закон регулирования напряжения и тока возбужде-
ния определится из соотношения

1	_ ^t/H0M/B HQM _	(у 10)

sin 0НОМ ^номАгам Mf

откуда следует

= Mf	П111

При U/f = U„0M/fH0M = const из (7.10) получим зависимость
тока возбуждения синхронного двигателя от момента на валу

Л/Д. ном = М/Мном,	(7.12)

т.е. при U/f = const возбуждение синхронного двигателя
должно изменяться пропорционально моменту нагрузки.

Для /в//в. ном = const из (7.10) также следует, что U/f =
= 1/ном/Агом = const и регулирование проводится при постоян-
ном моменте (М = Мном).
При регулировании в режиме постоянной мощности регу-
лирование осуществляется изменением только частоты при
неизменных значениях тока возбуждения и напряжения.

По аналогии с двухзонным регулированием скорости дви-
гателя постоянного тока независимого возбуждения можно
реализовать аналогичное регулирование скорости синхронно-
го двигателя. При постоянном моменте используется регули-
рование скорости в зоне ниже номинального значения, а при
постоянной мощности — в зоне выше номинального значе-
ния скорости.

7.4.	ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

В подавляющем большинстве случаев электроприводы
технологических установок транспорта углеводородного сы-
рья являются нерегулируемыми, что не обеспечивает режим
рационального электропотребления. Выбранные по максиму-
му производительности эти рабочие машины могут значи-
тельную часть времени работать с меньшей производитель-
ностью и со значительным удельным расходом энергии на
транспорт перекачиваемой жидкости или газа.

Существующие в настоящее время системы нерегулируе-
мого электропривода турбомашин с регулированием расхода
дросселированием (задвижкой) не обеспечивают заметного
снижения потребляемой мощности при уменьшении расхода.

Мощность Р (в кВт), потребляемая турбомашиной, опреде-
ляется по формуле

Р = ОНЗР'	(7,13)

п

где Q — расход, м3/с; Н — напор, м; д = 9,8 — ускорение
свободного падения, м/с2; р — плотность перекачиваемой
жидкости или газа; кг/дм3; т| — КПД установки, ц = т1д'1'1т-'Г1п;
т|л, Пт- Пп ~~ КПД соответственно электродвигателя, турбома-
шины и преобразователя частоты.

Определим потребляемую мощность при регулировании
расхода (подачи) задвижками для случая, когда привод тур-
бомашины нерегулируемый. Регулирование расхода турбо-
машины в этом случае можно осуществлять дросселировани-
ем с помощью задвижки 1 (рис. 7.3, а) и перепуском с нагне-
тания на всас при помощи задвижки 2.
Рис. 7.3 Схема регулирования расхода турбомашииы задвижками (а) и
характеристики Q-H(6I турбомашииы, оснащенной частотно-регулируе-
мым электроприводом /, 2, и гидравлической сети 3, 4, 5

При работе в номинальном режиме (рис. 7.3, б, точка А),
т.е. при номинальных значениях расхода Оном и напора Н„01Л,
мощность, потребляемая из сети, будет пропорциональна
площади прямоугольника АБОС. Точка А номинального режи-
ма получается в результате пересечения характеристики тур-
бомашины (кривая 1) с характеристикой гидравлической сети
(кривая 3). Если требуется уменьшить расход до значения
0,6 Оном, то с помощью задвижки 1 (см. рис. 7.3, а) нужно
увеличить гидравлическое сопротивление сети, которой те-
перь будет соответствовать характеристика 4 (см. рис. 7.3, б).
Мощность, потребляемая из электрической сети, будет те-
перь пропорциональная площади прямоугольника EF0D.

Расход можно уменьшить, не используя задвижку, а
уменьшив скорость приводного двигателя турбомашины. При
этом получим регулировочную характеристику турбомашины
(кривая 2) и установившийся режим работы в точке К, полу-
ченной в результате пересечения характеристик 2 и 3 (см.
рис. 7.3, б).

Мощность, потребляемая из сети, в этом случае будет
пропорциональна площади прямоугольника KF0C.
При применении регулируемого электропривода и отказе
от регулирования задвижкой получили снижение потребляе-
мой мощности, пропорциональной площади прямоугольника
EKCD.

Регулирование задвижкой 1 (дросселирование) является
весьма неэкономичным способом регулирования расхода.
Кроме того, при таком способе регулирования происходит
увеличение напора (точка D), что приводит к дополнительным
утечкам и неблагоприятно сказывается на работе запорно-
регулирующей арматуры.

Еще больше непроизводительные потери будут при регу-
лировании перепуском с нагнетания на всас. В этом случае
неполностью открывают задвижку 2 (см. рис. 7.3, а), умень-
шая общее гидравлическое сопротивление (характеристика
5). Общий расход турбомашины при этом возрастает до QM,
складываясь из требуемого расхода в сети QF и расхода на
циркуляцию — Qf. В этом случае возникают непроизво-
дительные затраты энергии, пропорциональные площади
прямоугольника LMFK.

Преобразование частоты связано с потерями энергии в
выпрямителе и инверторе ПЧ. Возникает вопрос об опреде-
лении границы регулирования дросселированием и примене-
нии частотно-регулируемого электропривода.

Принимаем допущение, что доля потерь энергии при регу-
лировании задвижкой пропорциональна глубине регулирова-
ния давления

а = Нз/Нт,	(7.14)

где Н3 — потеря напора на задвижке; Нт — напор, разви-
ваемый турбомашиной.

Непроизводительные потери мощности ДРдз при регулиро-
вании задвижкой с учетом потерь в двигателе определяются
по формуле

ДРд.з = аРд,	(7.15)

где Рд — мощность, потребляемая двигателем из сети.

При использовании частотно-регулируемого электропри-
вода и отказе от регулирования задвижкой мощность, по-
требляемая электродвигателем от ПЧ,

P =fl-a^^k_p	(7.16)

I ;пт.рПд.Р

где т|д, г|т — КПД соответственно турбомашины и двигателя,
соответствующие естественным характеристикам; г|т.р, т|д.р —
КПД соответственно турбомашины и двигателя на регулиро-
вочных характеристиках.

При этом имеется в виду, что относительная глубина регу-
лирования давления в обоих случаях является одинаковой.

Мощность, потребляемая частотно-регулируемым электро-
приводом из сети,

Рс = Рд.р/т]п.ч,	(7.17)

где т|п.ч — КПД преобразователя частоты.

Потери мощности в ПЧ определяются по формуле

АР = Р fl-n ^ = Р

шп.ч	Чпч1 Гд.р Т|п

Подставив значение Рд.р из (7.16) в (7.18), получим

АРП ч = -(1- 710 4) [ 1 - al р

Пп.ч I УПт.рПд.р

(7.18)

(7.19)

С точки зрения снижения потерь энергии при заданной
глубине регулирования давления а частотно-регулируемый
электропривод будет экономичнее регулирования задвижкой,
если

АРд.з - АРп.ч > 0.	(7.20)

Воспользовавшись формулами (7.15) и (7.19) и приняв
обозначение

К - (1 ~ Чпч). ЧтЛд	(721)

Лп.ч Лт.рЛд.р

получим

АРд.3 - АРП1Ч = [а - К(1 - а)]Рд> 0.	(7.22)

Неравенство (7.22) справедливо, если

а — К(1 — а) > 0
или

(7.23)
Формулы (7.21) и (7.23) позволяют определить значение
КПД ПЧ, при котором для заданной глубины регулирования
давления а частотно-регулируемый электропривод с точки
зрения потерь энергии будет экономичнее регулирования за-
движкой. Поскольку КПД современных ПЧ достаточно вы-
сокий (0,96 — 0,98), то частотно-регулируемый электропривод
экономичнее регулирования задвижкой при глубине регули-
рования давления а > (0,034-0,05).

При применении частотно-регулируемого электропривода
может быть достигнута экономия электроэнергии до 20 — 30 %
по сравнению с регулированием расхода дросселированием
потока. При этом энергосберегающий эффект будет достиг-
нут тем выше, чем больше неравномерность графика потреб-
ления жидкости (газа).

Помимо энергосбережения применение частотно-регули-
руемого электропривода обеспечивает ресурсосберегающий
эффект за счет уменьшения утечек перекачиваемого вещест-
ва через уплотнения и увеличения в 2 — 3 раза межремонтных
периодов перекачивающих агрегатов и запорной арматуры,
функционирующих в щадящих режимах.

7.5.	ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
С ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Вентильные двигатели (ВД) сочетают в себе преимущества
машин постоянного тока, имея разнообразные механические
характеристики, хорошие регулировочные свойства и бес-
контактность асинхронных машин. Поэтому ВД также назы-
вают бесконтактными двигателями постоянного тока.

Вентильный двигатель представляет собой систему
(рис. 7.4, а), состоящую из синхронной машины СМ, датчика
положения ротора ДПР, установленного на его валу, и внеш-
него электронного коммутатора ЭК, исполняющего роль
коллектора обычной машины постоянного тока. Синхрон-
ная машина имеет фазные обмотки на статоре (якоре) и
ротор с обмоткой возбуждения или постоянные магниты
из материалов, имеющих большую коэрцитивную силу (до
64 03 кА/м).

Электронный коммутатор обеспечивает ступенчатое изме-
нение фазных напряжений. Он включает в себя распредели-
тель импульсов РИ, управляющий транзисторами Т1—Тб ин-
вертора И.
a

б

Рис. 7.4. Частотно-регулируемый электропривод с вентильным двигателем:

а — принципиальная схема; б — векторные диаграммы магнитодвижущих сил (МДС) в фазных обмотках статора и гра-
фики фазных напряжений
Использование ДПР является особенностью вентильного
двигателя, так как сигналы на переключение полупроводни-
ков инвертора поступают от системы управления в зависимо-
сти от положения ротора, благодаря чему может изменяться
частота тока в обмотке статора. Если бы инвертор был неза-
висимым и частота инвертируемого тока поддерживалась
неизменной, то рассматриваемая электромеханическая сис-
тема инвертор — электрическая машина являлась бы обыч-
ным синхронным двигателем без регулирования частоты
вращения.

Промежуточное звено постоянного тока разделяет частоты
сети переменного тока и выхода инвертора, поэтому частота
вращения двигателя не ограничивается частотой сети.

Принцип работы ВД поясняют диаграммы фазных напря-
жений (рис. 7.4, б). Если ротор синхронной машины СМ на-
ходится в положении 0°, то открыты транзисторы Tl, ТЗ и Тб.
При этом, как следует из диаграмм, обмотки статора А и С
присоединяются параллельно к положительному полюсу ис-
точника питания. Поэтому на каждой из них будет напряже-
ние 1/3 U, а на обмотке В — 2/3 U (положение 1 на диаграм-
ме фазных напряжений).

При повороте ротора на 30° закрывается транзистор Т1 и
открывается Т2. Фазные напряжения становятся такими, как
изображено в положении 2 на диаграмме (см. рис. 7.4, б).
Изменится и векторная диаграмма фазных токов. Каждое по-
ложение токов и фазных напряжений сохраняется в течение
времени поворота ротора на 60°. Таким образом, в расточке
статора образуется вращающееся магнитное поле, с которым
синхронно вращается ротор.

Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов вы-
полняются на мощности до 30 кВт обычно в многополюсном
исполнении. В этом диапазоне мощности ВД с постоянными
магнитами имеют меньшие габариты и массу и более высо-
кий КПД по сравнению с ВД, имеющими обмотку возбужде-
ния. В последнем случае обмотка возбуждения ВД получает
питание от источника постоянного тока через контактные
кольца и щетки.

Регулирование скорости ВД может осуществляться изме-
нением напряжения U и тока возбуждения (при наличии об-
мотки возбуждения).

Для получения высокого качества регулирования в стати-
ческих и динамических режимах в электроприводах с ВД ис-
пользуются различные обратные связи. Диапазон регулиро-
вания скорости, который можно получить в системе привода
с ВД, имеющими дополнительную обратную связь по скоро-
сти, может достигать 1:50000.

Вентильные двигатели обладают рядом положительных
свойств. К ним следует отнести возможность изготовления в
широком диапазоне мощностей, частот вращения и напря-
жений. Они характеризуются высокой надежностью, боль-
шим сроком службы и высоким качеством регулирования. ВД
могут быть выполнены во взрывозащищенном исполнении.
Они находят применение для привода рабочих машин, для
которых использование коллекторных машин либо затрудне-
но, либо вообще невозможно, и вместе с тем требуются ха-
рактеристики коллекторных машин. Весьма перспективно
применение ВД в электроприводах установок магистрального
транспорта углеводородного сырья.

По сравнению с асинхронным двигателем, питаемым от пре-
образователя частоты, вентильный двигатель обладает следую-
щими преимуществами: лучший КПД вследствие отсутствия
потерь на скольжение, малый момент инерции и вследствие
этого более высокое быстродействие и лучшая управляемость.

На заводе АЛНАС (г. Альметьевск) изготовлены и проведе-
ны испытания ВД привода погружных насосов. Помимо опти-
мизации добычи нефти применение регулируемого по скоро-
сти вращения ВД вместо нерегулируемых в настоящее время
асинхронных двигателей обеспечивает следующие преиму-
щества:

возможность автоматической адаптации к объемному при-
току пластовой жидкости в скважине позволяет провести вы-
вод скважины на режим и поддержание оптимального дина-
мического уровня пластовой жидкости и подачи, что приво-
дит к повышению добычи на 30 %;

регулирование частотой вращения обеспечивает возмож-
ность сократить номенклатуру применяемых погружных на-
сосных установок и как следствие сократить эксплуатацион-
ные расходы:

радиальная сила одностороннего тяжения уменьшилась в
7 раз, а прогиб вала в 4 раза;

удельный вращающийся момент на единицу массы увели-
чился на 30 %;

ток двигателя уменьшился на 20 %, потери в меди и под-
водящем кабеле сократились на 30 %;

КПД двигателя увеличился на 11 %.

Принципиальная электрическая схема частотно-регулируе-
мого электропривода погружного насоса с вентильным двига-
телем показана на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Принципиальная электрическая схема частотно-регулируемого
электропривода погружного иасоса с вентильным двигателем:

УВ — управляемый выпрямитель; ИТ — инвертор тока; М — электродвига-
тель; ДПР — датчик положения ротора; БУИ — блок управления инвертором;
БУВ — блок управления выпрямителем; VI—V13 — управляемые диоды;

L — реактор; U? — напряжение сети

АООТ «Подольсккабель» освоено серийное производство
для погружных насосов нефтепогружного кабеля марки
КППБПТ (КППБКТ), рассчитанного для эксплуатации в
скважинах с температурой до 120 °C.

Особенностью кабеля является применение изоляции из
радиационно-сшитого полиэтилена высокой плотности и обо-
лочки — протектора из сополимера пропилена. По сравне-
нию с кабелем марки КРБК (КПБК) они характеризуются
ббльшим уровнем надежности.

7.6.	ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
РОССИЙСКИХ ИЗГОТОВИТЕЛЕЙ

Корпорацией «Триол» (РФ) разработаны частотно-регу-
лируемые электроприводы серии АТ (асинхронный транзи-
сторный). Преобразователи частоты с промежуточным зве-
ном постоянного тока имеют IGBT- или GTO-инвертор на-
пряжения с ШИМ и оснащены многофункциональной мик-
ропроцессорной системой управления. В качестве элемент-
ной базы используются полупроводниковые приборы фирмы
«Semikron», возможно применение модулей фирм «Toshiba»,
«Fuji» и др. В качестве формирователей управляющих сигна-
лов для транзисторов IGBT-модулей в различных исполнениях
АТ применены специальные интегральные драйверы разных
фирм «Toshiba», «Mitsubishi», «Motorolla», IR, «Semikron».

Алгоритм ШИМ управления обеспечивает регулирование
частоты с целью обеспечения синусоидальной формы кри-
вой тока электродвигателя во всем диапазоне регулирования.

Блоки электроники выполнены по технологии, применяе-
мой в авиационной промышленности, и рассчитаны на высо-
кий уровень вибрационных и ударных нагрузок.

В зависимости от назначения электроприводы Триол АТ
реализуют различные способы частотного управления при-
водных электродвигателей: скалярное, векторное в разомкну-
тых или замкнутых системах автоматического управления.

В электроприводах серии АТ могут использоваться прак-
тически все виды и типы асинхронных электродвигателей
(АД) общепромышленных и специальных серий:

с короткозамкнутым и фазным ротором;

с различной кратностью пускового и максимального мо-
мента;

широкого спектра мощностей (от единиц до сотен кило-
ватт) и частот вращения, в том числе многоскоростные, вы-
сокочастотные;

низковольтные класса напряжения 0,4 кВ и высоковольт-
ные класса напряжения 3; 6; 10 кВ;

различного конструктивного исполнения, степени защиты
и назначения.

В электроприводах серии АТ в основном реализованы
принципы построения силовой части электропривода и сис-
темы управления, выполняемые функции, система защиты и
сигнализации, изложенные в 7.1.

В зависимости от мощности электропривода выпрямитель
силового канала ПЧ может быть:

неуправляемый диодный — в электроприводах малой
мощности;

управляемый диодно-тиристорный — в электроприводах
большой мощности;

диодно-транзисторный — в электроприводах с рекупера-
тивным торможением.

Шкафы электроприводов Триол АТ выпускаются со степе-
нями защиты IP21 (основное исполнение) и IP54 (для экс-
плуатации в «жестких» внешних условиях).

В электроприводах Триол АТ реализована эффективная
защита ПЧ и АД от:
токов недопустимой перегрузки;

токов короткого замыкания (к.з.) в том числе от замыка-
ния на землю;

недопустимых перенапряжений;

недопустимых отклонений и исчезновения напряжения
питающей сети;

неполнофазного режима работы сети и АД;

недопустимого отклонения технологических параметров, в
том числе по сигналам блокировок;

перегрева ПЧ и АД;

стопорения и разрушения элементов механизма;

сбоев и отказов отдельных узлов и систем.

Встроенная система диагностики и сигнализации иден-
тифицирует и сохраняет информацию о срабатывании защит
и отказах элементов электропривода.

Серия АТ электроприводов включает несколько рядов ти-
пов исполнений электроприводов различного назначения, ха-
рактеризующихся разными техническими характеристиками,
шкалой мощностей, режимами работы и функциональными
возможностями.

В состав серии входят:

низковольтные (0,4 кВ) электроприводы рядов АТ04, АТ05,
АТ06;

электроприводы повышенного напряжения (0,66 кВ) ряда
АТ08;

высоковольтные класса 6(10) кВ трансформаторные элек-
троприводы рядов АТОЗ, АТ09;

высоковольтные класса 6(10) кВ электроприводы прямого
преобразования (бестрансформаторные) ряда АТ07.

Триол АТ04 — универсальный электропривод содер-
жит 15 моделей мощностью от 5,5 до 315 кВт для управле-
ния широким спектром рабочих машин и механизмов с
различными режимами работы и высокими требованиями к
статическим и динамическим характеристикам. Элементная
база (IGB-транзисторы), схематические и конструктивные
решения силовой части, микроконтроллер на основе цифро-
вого сигнального процессора (DSP), интерфейс являются ба-
зовыми для большей части электроприводов серии АТ. В
ЛТ04 может быть реализовано скалярное и векторное управ-
ление АД.

Триол АТ05 предназначен для управления рабочими ма-
шинами и механизмами, работающими в режимах пуска,
торможения, реверсирования с высокими значениями уско-
рения (замедления), а также с широким диапазоном измене-
ния нагрузки. Обладает широкими функциональными воз-
можностями, обеспечивает широкий диапазон регулирования
скорости и момента с высокой точностью и быстродействи-
ем. Реализует 4-квадрантное управление АД, в том числе
режим рекуперации энергии торможения в сеть. Ряд содер-
жит 14 типоисполнений электроприводов мощностью от
7,5 до 315 кВт.

Триол АТ06 объектно-ориентированный электропривод
насосов и вентиляторов, по сравнению с АТ04 имеет ограни-
ченные функциональные возможности и характеризуется
простотой в наладке и эксплуатации. Предназначен для авто-
матического управления производительностью насосных аг-
регатов и легко адаптируются в существующие системы ав-
томатического управления и АСУ ТП. Имеет встроенный
ПИД-регулятор. Ряд содержит восемь моделей, шкала мощно-
стей от 5 до 37 кВт.

Триол АТ08 — электропривод рабочих машин и механиз-
мов с приводными АД на напряжение 0,66 кВ. Отличается от
АТ04 элементной базой силового канала ПЧ (диодно-
тиристорные и транзисторные IGBT-модули с более высо-
ким напряжением 1700, 1800 В). Режимы работы, алгоритмы
управления и микроконтроллер те же, что и у АТ04. Конст-
рукция АТ08 имеет более высокую степень защиты в отно-
шении пыле- и влагонепроницаемое™, а также механической
прочности. Ряд содержи семь моделей электроприводов, шка-
ла мощностей от 200 до 750 кВт. Электропривод АТ08 являет-
ся несерийным оборудованием и производится только под
заказ.

Триол АТОЗ — высоковольтный 6(10) кВ трансформатор-
ный электропривод на основе низковольтных (0,4 кВ) IGBT —
транзисторных ПЧ с входным (сетевым) понижающим и вы-
ходным повышающим силовыми трансформаторами. Такая
структура электропривода с низкочастотным ПЧ и высоко-
вольтным двигателем позволяет использовать стандартное
оборудование. Наращивание мощности АТОЗ осуществляется
параллельным соединением групп низковольтных ПЧ. Пред-
назначен для регулирования скорости насосов и вентилято-
ров, приводимых АД с напряжением 3, 6 и 10 кВ. В электро-
приводе реализовано частотное управление АД, заключаю-
щееся во взаимосвязанном регулировании частоты и напря-
жения. Закон изменения напряжения и частоты программи-
руется.

Функциональная схема электропривода Триол АТОЗ пока-
зана на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода
Триол АТОЗ:

В — силовой полууправляемый (тиристорно-диодный) выпрямитель; ФС —
силовой LC-фильтр звена постоянного напряжения; ДН — датчик напряже-
ния; АИН — транзисторный (IGBT) автономный инвертор напряжения; ДТ —
датчик тока; ИП — источник питания; МК — микропроцессорный контрол-
лер; ФИ — формирователь управляющих сигналов транзисторов (драйвер);
ПУ — пульт управления; УВВ — устройства ввода(вывода) (внешний интер-
фейс); TV1, TV2 — входной (понижающий) и выходной (повышающий) сило-
вые трансформаторы; L — реактор; Ф2В — выходной фильтр

Силовые трансформаторы могут поставляться сухие, мас-
ляные (герметизированные с расширительным бачком), за-
полненные негорючей экологически чистой жидкостью,
имеющие различную степень защиты, обеспечиваемую обо-
лочками. Применение электроприводов АТОЗ эффективно в
технологических установках транспорта и переработки неф-
ти. Ряд АТОЗ содержит 12 типоисполнений электроприводов
мощностью от 160 до 1600 кВт.

Триол АТ07 — мощный (от 2 до 5 МВт) высоковольтный
(6 кВ) бестрансформаторный электропривод с высоковольт-
ным ПЧ. В схеме ПЧ использованы комбинированные сило-
вые ключи, состоящие из GTO-тиристоров и коммутирующих
МОП-транзисторов. Охлаждение силовых элементов ПЧ мас-
ляное или воздушное. Применяется для электропривода насо-
сов, вентиляторов, компрессоров и других рабочих машин в
целях энергосбережения за счет регулирования скорости
взамен дросселирования. Могут применяться в качестве ре-
гулируемых электроприводов газоперекачивающих агрегатов.
Имеет шесть типоисполнений: 1-й габарит — 1600, 2000,
2500 кВт; 2-й габарит - 3200, 4000, 5000 кВт.

Триол АТ09 — высоковольтный 6(10) кВ трансформатор-
ный электропривод структуры АТОЗ с использованием ПЧ на
напряжение 0,66 кВ. Предназначен для регулирования произ-
водительности насосов, вентиляторов и других турбомашин.
Выполнен на основе транзисторного (IGBT) ПЧ с входным
(сетевым) понижающим и выходным повышающим транс-
форматорами. Использование напряжения 660 В обеспечило
возможность увеличить мощность единичного модуля транзи-
сторного преобразователя до 450 кВт. Благодаря этому преоб-
разовательная часть АТ09 имеет лучшие по сравнению с
АТОЗ массогабаритные показатели. Преобразователь частоты
электропривода АТ09 выполнен на современных мощных
транзисторных (IGBT) и диодно-тиристорных модулях по-
вышенного напряжения (1700, 1800 В). За счет использования
специальных выходных фильтров решена задача совместной
работы IGBT-преобразователей с высокочастотным ШИМ-
управлением и серийных высоковольтных трансформато-
ров. Электроприводы АТ09 являются несерийным оборудова-
нием и производятся только под заказ. Ряд АТ09 содер-
жит шесть моделей электроприводов мощностью от 400 до
2500 кВт.

Триол СТЮ — высоковольтный синхронный электропри-
вод с промежуточным низковольтным ПЧ и согласующими
сетевым понижающим и выходным повышающим трансфор-
маторами. ПЧ электропривода СТЮ выполнен на базе тран-
зисторного (IGBT) инвертора и оснащен микропроцессорной
системой управления. Напряжение ПЧ —380, 660 либо 1140 В
в зависимости от типа электропривода. Наращивание мощно-
сти электропривода осуществляется параллельным соедине-
нием ряда однотипных низковольтных модулей. Для управле-
ния возбуждением синхронного двигателя СТЮ содержит
низковольтный тиристорный выпрямитель с системой авто-
матического регулирования тока возбуждения. Система
управления СТЮ обеспечивает взаимосвязанное регулирова-
ние частоты и напряжения на статоре и постоянного тока
обмотки возбуждения синхронного двигателя. Электропривод
СТЮ предназначен для регулирования скорости и автома-
тического управления режимами работы насосов и вентиля-
торов, приводимых синхронными двигателями на напряже-
ние 6(10) кВ мощностью от 320 до 1600 кВт. Ряд СТЮ содер-
жит восемь моделей электроприводов мощностью от 315 до
1600 кВт.
7.7.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ КОНЦЕРНА АВВ

Концерн АВВ выпускает для широкого диапазона мощно-
стей электродвигателей и напряжений питания несколько
моделей ПЧ, в которых применяются новейшие технологии
как в области элементной базы, так и программного обеспе-
чения.

В системах управления электроприводов используется
технология прямого управления момента (Direct Torque Con-
trol—DTC), позволяющая вести точный контроль скорости и
момента асинхронного двигателя без использования датчика
скорости (бессенсорное управление). В технологии DTC ос-
новными регулируемыми параметрами являются магнит-
ный поток статора АД и момент. Параметры состояния АД
обновляются 40 тыс. раз в секунду в адаптивной модели АД
высокоскоростным процессором обработки цифровых сигна-
лов. Постоянная коррекция текущего состояния АД и срав-
нение фактических параметров процесса с опорными значе-
ниями происходят так, что каждая коммутация в инверторе
определяется отдельно.

Технология DTC обеспечивает следующие преимущества:
исключаются ложные срабатывания систем защиты,
поскольку ток и момент АД регулируются непосредст-
венно;

отсутствуют резонансные явления, порождающие нежела-
тельные звуки при работе привода, так как DTC не имеет
фиксированной схемы коммутации;

повышенная жесткость механической характеристики во
всем диапазоне изменения скорости, что имеет большое зна-
чение для объектов, где требуется высокая точность регули-
рования;

высокий пусковой момент.

Семейство приводов переменного тока концерна АВВ ох-
ватывает диапазон мощностей от 0,37 кВт до 30 МВт с на-
пряжением питания от 200 В до 6 кВ. Они выполняются в
конструктивном исполнении класса защиты оболочки от IP00
до IP54. Концерном осуществляется выпуск приводов серий
ACS100, ACS140, ACS160, ACS550, ACS600, ACS800, ACS1000,
SAMI MEGASTAR и Cyclo. Кроме стандартных комплектов
ПЧ, выпускаются различные модули расширения, например,
модули связи приводов между собой или с центральной
управляющей ЭВМ по оптоволоконным линиям, панели
управления, блоки тормозных резисторов, фильтры подавле-
ния помех и др.
Преобразователи частоты серии ACS600 мощностью от 1,5
до 4500 кВт изготавливаются в двух вариантах:

для индивидуального применения;

для группового применения.

Оба варианта изготовляются для различных объектов.

Серия включает модели, легко приспосабливаемые для
различных условий эксплуатации и различных целей, вклю-
чая насосы, вентиляторы, для управления перемещением,
привод грузоподъемных машин, многодвигательный привод
и др.

Главное преимущество ПЧ серии ACS600 — универсаль-
ность оборудования, совместимая технология с электропри-
водами других серий, использование силовых транзисторов
IGBT и метода DTC, общие свойства и интерфейс, общее
программное обеспечение.

Для ПЧ серии ACS600 имеется ряд предварительно запро-
граммированных наборов параметров — прикладных макро-
сов, служащих для программного задания конфигурации
вводов-выводов, установки значений параметров привода и
обработки сигналов.

Следующие макросы являются стандартными:

заводская настройка для основных промышленных приме-
нений;

ручное или дистанционное управление;

ПИД-регулирование для управления технологическим про-
цессом в замкнутом контуре;

регулирование момента;

управление последовательностями для повторяющихся
циклов технологического процесса;

пользователей № 1 и № 2 для задания установки парамет-
ров самим пользователем.

Кроме стандартных, имеются дополнительные макросы,
например, для управления параллельно подключенных насо-
сов, вентиляторов и др.

Диапазон регулируемой частоты на выходе ПЧ 0 —± 300 Гц
(с фильтрами du/dt 0—± 120 Гц). Статическая погреш-
ность — 10 % от скольжения АД (разомкнутый контур управ-
ления) и 0,01 % от номинальной скорости АД (замкнутый
контур).

Предусмотрен вариант ACS600 с повышающим трансфор-
матором и синусоидальным фильтром, дающий возможность
широкого выбора напряжений АД для насосов, вентиляторов
и погружных насосов. Применение такого привода обеспе-
чивает:
возможность применения длинного кабеля;
синусоидальную форму напряжения и тока;
низкий уровень шума двигателя;

увеличение пускового момента.

Преобразователи частоты ACS611 и ACS617 оснащаются
двумя преобразователями с модулями IGBT, один из которых
включается на стороне блока питания вместо диодного моста,
другой — на стороне двигателя и предназначен для регулиро-
вания скорости. Это делает возможным двухстороннее на-
правление потока энергии и работу в четырех квадрантах.
Перед линейным преобразователем устанавливается фильтр,
подавляющий высшие гармоники.

В многодвигательных электроприводах используется общая
шина постоянного тока, что делает возможным распределе-
ние энергии торможения от двигателя к другим двигателям,
подключенным на общую шину, без применения блока реку-
перативного торможения, а также уменьшает мощность и
габариты общего блока питания системы.

Панель управления имеет алфавитно-цифровой экран
(4 строки х 20 символов) и может одновременно отображать
текущее значение трех регулируемых рабочих параметров, в
том числе: скорость вращения вала двигателя, выходную час-
тоту ПЧ, ток, вращающий момент, мощность, напряжение
звена постоянного тока, выходное напряжение ПЧ, темпера-
туру радиатора, количество проработанных часов, потребляе-
мую мощность (в кВт), исходные параметры.

Встроенная система запоминания неисправностей сохра-
няет информацию о 64 последних возникших сбоях и неис-
правностях, каждая из которых сопровождается индикацией
времени возникновения данной неисправности.

Стандартная плата входов-выходов содержит:

три аналоговых входа — один 0(2) —10 В постоянного то-
ка, два 0(4) — 20 мА, разрешающая способность 10 бит;

два аналоговых выхода — 0(4) — 20 мА, разрешающая спо-
собность 10 бит;

шесть дискретных входов — изолированы группой, вход-
ное напряжение 24 В постоянного тока;

три релейных выхода (цифровые): переключающий кон-
такт, 24 В постоянного тока или 115/230 В переменного тока,
максимальный ток нагрузки 2 А;

один выход опорного значения — +10 В постоянного то-
ка, 10 мА;

вспомогательное напряжение на выходе 24 В постоянного
тока, 0,25 А;
два модульных соединителя — стандартный интерфейс
RS485.

Поставляются также модули расширения входов-выходов,
в которых разрешающая способность аналогового входа луч-
ше или имеются дискретные входы переменного тока на
115/230 В.

Технические характеристики некоторых электроприводов
индивидуального применения серии ACS600 приведены в
табл. 7.1.

Преобразователи частоты серии ACS1000. До освоения
промышленностью производства запираемых тиристоров
с интегрированным управлением (IGCT), в качестве сило-
вых полупроводниковых приборов в преобразователях час-
тотно-регулируемых электроприводов среднего напряжения
(3 и 6 кВ) применялись запираемые тиристоры (GTO) или
биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
GTO-тиристоры при средних уровнях напряжения имеют
приемлемые потери в проводящем состоянии, однако неод-
нородная коммутация приводит к усложнению схемо-
технических решений для обеспечения надежности запира-
ния тиристоров. IGB-транзисторы являются быстро-
действующими приборами, но в диапазоне средних на-
пряжений в них велики потери в проводящем состоянии,
к тому же требуются сложные последовательные соедине-
ния нескольких транзисторов в каждом плече инвер-
тора. Указанные обстоятельства при применении в ПЧ при-
боров GTO или IGBT приводят к увеличению числа ком-
понентов, габаритов и снижению надежности электро-
привода.

В электроприводах серии ACS 1000 в качестве элементной
базы в ПЧ используются разработанные концерном АВВ по-
лупроводниковые приборы IGCT, характеризующиеся сле-
дующими особенностями:

высоким быстродействием при коммутации, сравнимым с
приборами IGBT;

малыми потерями в проводящем состоянии, сравнимыми с
приборами GTO;

надежностью при эксплуатации в диапазоне средних на-
пряжений.

Применение приборов IGCT в диапазоне средних напря-
жений обеспечивает по сравнению с приборами GTO и IGBT
быструю однородную коммутацию, простоту схемотехниче-
ских решений, высокий КПД электропривода, повышение
надежности и улучшение рабочих характеристик.
359

Таблица 7.1

Технические характеристики преобразователей частоты серии ACS600 на напряжение 380, 400 или 415 В

Тип ПЧ	В нормальных условиях					В тяжелых условиях				
	Номи- наль- ный вход- ной ток, А	Номи- нальный выход- ной ток, А	Кратко- времен- ный ток пере- грузки, . А*	Номи- нальная выход- ная мощ- ность, кВА	Номи- нальная мощ- ность двигате- ля, кВт**	Номи- нальный входной ток, А	Номи- нальный выход- ной ток, А	Кратко- времен- ный ток пере- грузки, А*	Номи- нальная выход- ная мощ- ность, кВА	Номи- нальная мощ- ность двига- теля, кВт**
ACS601-0011-3	16	18	20	11	7,5	14	15	23	9	5,5
ACS601-0020-3	30	32	35	20	15	22	24	36	16	11
ACS601-0030-3	44	47	52	30	22	37	41	62	25	18,5
ACS601-0050-3	74	76	84	50	37	60	62	93	40	30
ACS601-0070-3	106	112	123	70	55	90	89	134	60	45
ACS601-0120-3	175	178	196	120	90	145	147	221	100	75
ACS607-0140-3	215	216	238	140	110	175	178	267	120	90
ACS607-0170-3	259	260	286	170	132	215	216	324	140	ПО
ACS607-0210-3	318	316	348	210	160	259	260	390	170	132
ACS607-0260-3	397	395	435	260	200	318	316	474	210	160
ACS607-0320-3	477	480	528	320	250	397	395	593	260	200
ACS607-0400-3	604	600	661	400	315	492	494	741	320	250
ACS607-0490-3	754	751	827	490	400	604	600	901	400	315
ACS607-0610-3	906	912	1003	610	500	754	751	1127	490	400
’Допустимый в течение 1 мин ток перегрузки каждые 10 мин.										
Мощность указана для напряжения 400 В.										
Преобразователи частоты на базе IGCT требуют в 5 раз
меньшее число полупроводниковых приборов по сравнению с
ПЧ, выполненными на базе низковольтных IGBT, и в 2 раза
меньше чем при использовании высоковольтных IGBT. На-
пример, при напряжении 4,16 кВ для построения инвертора
потребуется 60 приборов низковольтных IGBT или 24 прибо-
ра высоковольтных IGBT. При применении IGCT потребует-
ся всего лишь 12 приборов.

В связи с уменьшением числа компонентов значительно
повышается надежность и уменьшаются габариты ПЧ. По-
следнее обстоятельство имеет огромное значение в условиях
ограниченных площадей.

Для ПЧ с воздушным охлаждением конфигурация элек-
тропривода серии ACS 1000 может выполняться как с встро-
енным сухим разделительным трансформаторов на входе ПЧ,
так и с отдельно установленным разделительным трансфор-
матором. В последнем случае может быть использован масля-
ный трансформатор наружной установки.

Функциональная электрическая схема частотно-регулируе-
мого привода с ACS1000 показана на рис. 7.7. Технические
характеристики ПЧ серии ACS 1000 на напряжение 3,3 кВ
приведены в табл. 7.2.

Преобразователь частоты имеет инвертор напряжения с
одним полупроводниковым прибором в каждом плече моста
(последовательное и параллельное соединения приборов от-
сутствуют). Выпрямительный узел ПЧ выполнен по 12-пульс-
ной (по специальному заказу по 24-пульсной) схеме.

Кроме максимальной токовой защиты, в электроприводе
предусмотрены защиты от к.з., замыкания на землю, обрыва

Рис. 7.7. Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода с
преобразователем частоты серии ACS1000:

Т — трансформатор; В — 12-пульсный выпрямитель; И — трехуровневый
инвертор; Ф — выходной фильтр; М — электродвигатель; СУ — система
управления и прямого регулирования момента (DTC)
Таблица 7.2

Технические характеристики преобразователей частоты серии ACS1000
на напряжение 3,3 кВ

Охлажде- ние	Тип ПЧ	Макси- мальная длитель- ная мощ- ность, кВА	Мощ- ность двигате- ля, кВт’	Номи- нальный выход- ной ток, А	Масса, кг
Воздуш-	ACS 1013-А1-АО-ОО	400	315	70	1600
ное					
	ACS1013-A1-BO-00	450	355	79	1600
	ACS 1013-А1-СО-ОО	500	400	87	1600
	ACS1013-A1-DO-00	550	450	96	1600
	ACS1013-A1-EO-00	600	500	105	1600
	ACS1013-A1-FO-00	700	560	122	1600
	ACS1013-A1 -СО-ОО	750	630	131	1600
	ACS1013-A1-HO-00	850	710	149	1600
	ACS1013-A2-JO-00	950	800	166	1750
	ACS1013-A2-KO-00	1100	900	192	1750
	ACS1013-A2-LO-00	1200	1000	210	1750
	ACS1013-A2-MO-00	1350	1120	236	1750
	ACS1013-A2-NO-00	1500	1250	262	1750
	ACS1013-A2-PO-00	1700	1400	297	1750
	ACS 1013-АЗ-ОО-ОО	1900	1600	332	2000
	ACS1013-A3-RO-00	2150	1800	376	2000
Водяное	ACS1013-W1-SO-00	2400	2000	420	3000
	ACS 1013-W1-ТО-ОО	2700	2250	472	3000
	ACS1013-W1-UO-00	3000	2500	525	3000
	ACS1013-W2-VO-00	3350	2800	586	3200
	ACS1013-W2-WO-00	3750	3150	656	3200
	ACS1013-W2-XO-00	4250	3550	744	3200
	ACS1013-W2-YO-00	4750	4000	831	3200
	ACS1013-W3-ZO-00	5350	4500	936	3400
	ACS1013-W3-IO-00	5950	5000	1041	3400
"Мощность указана для четырехполюсного электродвигателя.					
фазы, перенапряжения, понижения напряжения, превыше-
ния температуры, перегрузки, заклинивания электродвигате-
ля и др.

Электропривод допускает 10 % кратковременную пере-
грузку в течение 1 мин каждые 10 мин. Возможно специаль-
ное исполнение для тяжелого режима работы с 150 % на-
грузкой в течение 1 мин каждые 10 мин. В электроприводах с
ACS 1000 используется прямое управление моментом (DTC),
позволяющее с достаточной точностью регулировать как
скорость, так и момент двигателя без сигнала обратной связи
от датчика скорости. Расчет состояния АД корректируется
по программной модели 40000 раз в секунду посредст-
вом быстродействующего сигнального процессора. Статиче-
ская точность регулирования скорости составляет от 0,1 до
0,5 %.

Система управления предусматривает оптимизацию маг-
нитного потока двигателя при изменении нагрузки, обеспе-
чивая высокий КПД и пониженный шум двигателя. Благодаря
оптимизации общий КПД двигателя и ПЧ в зависимости от
нагрузки повышается от 1 до 10 %.

Быстрая реакция системы управления дает возможность
весьма эффективно реагировать на параметры сети и про-
цесса, что позволяет легко справляться с кратковременными
перерывами электроснабжения, резкими изменениями на-
грузки и перенапряжениями. Система управления преду-
сматривает также подключение внешних управляющих сиг-
налов.

Преобразователи частоты серии ACS800 имеют следую-
щие особенности:

наличие адаптивного программирования, функция которо-
го аналогична программируемому логическому контроллеру
(ПАК);

прямое управление моментом двигателя (DTC);

однотипные программные инструментальные средства
расчета, ввода в эксплуатацию и обслуживания;

наличие функции «Помощник наладчика» (Start-up
Assistant), облегчающей ввод электропривода в эксплуата-
цию;

возможность установки трех дополнительных модулей
расширения входов/выходов сопряжения с интерфейсными
шинами, интерфейса цифрового датчика скорости или под-
ключения персонального компьютера (ПК).

Преобразователи частоты серии ACS800-01 мощностью
менее 110 кВт имеют настенный монтаж, серии ACS800-02
362
мощностью от 90 до 500 кВт — стеллажную конструкцию,
благодаря которой составные части ПЧ можно устанавливать
рядом или друг за другом.

Все электроприводы с ПЧ серии ACS800 оснащаются сис-
темой динамического торможения. Тормозные резисторы
монтируются снаружи модуля ПЧ.

В качестве дополнительного оборудования могут быть
поставлены: тормозной модуль; фильтры электромаг-
нитной совместимости (ЭМС); аналоговые и цифровые
модули расширения входов-выходов; шинные модули, интер-
фейсный модуль импульсного датчика скорости, выходные
фильтры.

Кроме того, для установки в шкаф расширения могут быть
поставлены: рубильник и предохранители; контактор с ава-
рийной кнопкой останова; один или два тепловых реле; три
реле типа РТ100; тормозные резисторы; фильтры ограниче-
ния du/dt. Все дополнительные подключения выполняются в
расширенном корпусе.

Степень защиты оболочки — IP21, по заказу — IP54, IP55.

В дополнение к обычному программированию ПЧ серии
ACS800 имеют адаптивное программирование, которое не
требует дополнительного оборудования. Оно включает набор
блоков, которые можно запрограммировать для выполнения
любого заранее заданного набора функций. При этом могут
использоваться все обычные заложенные в блок-программу
необходимые функции:

логические И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ;

математические: алгебраическое сложение, умножение,
деление, выделение модуля, выделение максимума, выделение
минимума;

другие: таймер, выключатель, компаратор, фильтр, а также
устанавливаемые пользователем сообщения о предупрежде-
ниях и неисправностях;

пропорционально-интегральный регулятор и др.

Очередность выполнения различных функций свободно
назначаемая. Пользователь может свободно задавать вводы в
блоки, соединения между блоками, а также подключения к
соответствующим вводам-выводам или к сигналам управле-
ния электроприводом. Таким образом, имеется возможность
создавать новые входные сигналы и изменять процесс регу-
лирования скорости и момента двигателя.

Для программирования используется панель управления,
причем программирование осуществляется также просто, как
и установка параметров.
С помощью адаптивного программирования пользователь
может адаптировать электропривод к конкретному техноло-
гическому процессу.

К адаптированному программированию поставляется ин-
струментальный программный комплект Drive АР для работы
с ПК, который позволяет тестировать, создавать, документи-
ровать, обрабатывать и копировать адаптивные программы.

Предусмотрены следующие рабочие режимы программи-
рования:

автономный, при котором программирование можно осу-
ществить, например, в офисе, а затем загрузить в память;

пакетной обработки данных;

диалоговый, при котором изменения в программе записы-
ваются непосредственно в привод и рабочие параметры ото-
бражаются в реальном масштабе времени.

Для упрощения и удобства первоначального ввода в экс-
плуатацию электропривода предусмотрена функция «Помощ-
ник наладчика» (Start-up Assistant). Отображаемые на дисплее
инструкции облегчают настройку электропривода на всех
стадиях, помогая сделать правильный выбор параметров. Та-
ким образом, функция активно направляет действия в про-
цессе наладки электропривода. Для облегчения наладки
функция допускает общение на 14 языках, в том числе рус-
ском. Она запрашивает номинальные параметры двигателя, а
также конфигурацию ввода-вывода, требуемые параметры
применения (время пуска и торможения, значения макси-
мальной и минимальной скорости и др.).

Для ввода в эксплуатацию и технического обслуживания
системы электроприводов предусмотрена программа Drive
Window 2.0. Ее многочисленные программные и графические
возможности являются полезным дополнением к системе,
выдающей информацию для поиска неисправностей, техоб-
служивания и ремонта, а также для обучения персонала. С
помощью этой программы пользователь имеет возможность
наблюдать одновременно за работой нескольких электропри-
водов, при этом их текущие параметры отображаются на од-
ном экране или выдаются на принтер. Сигналы от несколь-
ких электроприводов можно наблюдать в графической фор-
ме, а их параметры могут контролироваться и обрабатываться
в режиме пакетной обработки или реальном масштабе вре-
мени.

Электроприводы с ПЧ серии ACS800 можно подключать к
наиболее распространенным автоматизированным системам,
что достигается применением адаптеров связи между шинами
364
системы автоматизации и ПЧ. Возможно применение шин-
ных адаптеров PROFIBUS-DP, Device Net, MODBUS Plus.,
Ethernet и др.

Панель управления ПЧ серии ACS800 отражает следую-
щие текущие значения величин: скорость вращения вала дви-
гателя, частоту тока статора, вращающий момент, мощность
двигателя, заданное значение частоты, напряжение звена по-
стоянного тока, напряжение на выходе инвертора, темпера-
туру радиатора ПЧ, израсходованный моторесурс, потребле-
ние электроэнергии. Одновременно на дисплее отображаются
три величины. С помощью панели управления возможна реа-
лизация как местного, так и дистанционного управления
электроприводом. Встроенная память содержит информацию
о 64 последних сбоях и неисправностях с индикацией време-
ни возникновения данной неисправности.

В базовом исполнении ПЧ имеет:

три аналоговых входа с разрешающей способностью
12 битов — один ±0(2)— 10 В, два 0(4) —20 мА;

два аналоговых выхода с разрешающей способностью
10 битов;

семь дискретных гальванически развязанных в группе вы-
ходов, входное напряжение 24 В;

три релейных выхода, переключающий контакт 24 В или
115/230 В переменного тока, максимальный ток 2 А;

опорное выходное напряжение ±10 В, ±0,5 % постоянного
тока, максимальный ток 10 мА;

вспомогательное выходное напряжение ±24 В ±10 %, мак-
симальный ток 250 мА.

Дополнительно поставляются модули расширения вводов-
выводов, обеспечивающие увеличение числа аналоговых и
дискретных входов-выходов.

Технические характеристики преобразователей частоты
серии ACS800 приведены в табл. 7.3.

Для облегчения работ по проектированию электро-
приводов предусмотрены программные инструментальные
средства Drive Size, с помощью которых осуществляется
выбор оптимального варианта двигателя, ПЧ и трансформа-
тора.

Используя эти средства можно рассчитать значения токов
и их гармонический состав, а также создать базирующуюся
на значениях фактической нагрузки документацию техниче-
ского расчета.

В этой программе содержатся также каталоги выпускае-
мых концерном АВВ двигателей, ПЧ и трансформаторов.
Таблица 7.3

Технические характеристики преобразователей частоты серии ACS800
на напряжение 400 В

Тип ПЧ	Продолжительный режим			Режим при невысокой перегрузке*		Тяжелый режим”	
	Номи- наль- ный ток, А	Мак- си- маль- ный ток, А**’	Мощ- ность, кВт	Ток, А	Мощ- ность, кВт	Ток, А	Мощ- ность, кВт
ACS800-01-009-3	13,9	17,6	5,5	12,7	5,5	9,3	4,0
ACS800-01-0011-3	19	24	7,5	18	7,5	14	5,5
ACS800-01-0016-3	25	32	И	24	11	19	7,5
ACS800-01-0020-3	34	46	15	31	15	23	И
ACS800-01-0025-3	44	62	22	41	18,5	32	15
ACS800-01-0030-3	55	72	30	50	22	37	18,5
ACS800-01-0040-3	72	86	37	69	30	49	22
ACS800-01-0050-3	86	112	45	80	37	60	30
ACS800-01-0060-3	103	138	55	94	45	69	37
ACS800-01-0070-3	141	164	75	132	55	97	45
ACS800-01-0100-3	166	202	90	155	75	115	55
ACS800-01-0120-3	202	282	ПО	184	90	141	75
ACS800-02-0140-3	206	326	110	202	110	163	90
ACS800-02-0170-3	245	404	132	240	132	202	110
ACS800-02-0210-3	289	432	160	284	160	240	132
ACS800-02-0260-3	368	568	200	361	200	284	160
ACS800-02-0320-3	487	720	250	477	250	361	200
ACS800-02-0400-3	602	904	315	590	315	477	250
ACS800-02-0440-3	648	1017	355	635	355	590	315
ACS800-02-0490-3	718	1017	400	704	400	635	355
* Ток и мощность двигателя при перегрузке ПО % в течение 1 мин.							
* Ток и мощность двигателя при перегрузке 150 % в течение 1 мин. Максимальный ток в течение 10 с.							
7.8.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ФИРМЫ «SIEMENS»

Фирма «Siemens» выпускает ПЧ нескольких серий для
частотно-регулируемых электроприводов, отличающихся диа-
пазоном мощностей, системами управления, функциональ-
ными возможностями и конструктивным исполнением.

Преобразователи частоты серии MIDIMASTER предназна-
чены для регулирования скорости низковольтных электро-
двигателей.

Преобразователи MIDIMASTER Vector предназначены
для регулирования скорости двигателей мощностью от 5,5 до
75 кВт и характеризуются наличием режима векторного
управления, что позволяет использовать их в составе приво-
дов рабочих машин с повышенными требованиями к пуско-
вому моменту, перегрузочной способности и диапазону регу-
лирования скорости.

Отличительными особенностями ПЧ этой серии являются:
совместимость с асинхронными двигателями российского
и зарубежного производства всех типов;

высокая перегрузочная способность;

встроенный ПИД-регулятор;

возможность динамического торможения;

программируемое время разгона и торможения с регули-
руемым ускорением (замедлением);

быстрое и надежное ограничение тока силовой цепи;

малошумная работа двигателя за счет использования час-
тоты ШИМ ПЧ в сверхзвуковом диапазоне;

тепловая и электрическая защита ПЧ и двигателя;

возможность подключения к промышленной шине PROFI-
BAS-DP.

Преобразователи частоты MIDIMASTER Есо (диапазон
мощностей от 5,5 до 315 кВт) имеют встроенный ПИД-регу-
лятор и функцию энергосбережения.

К ПЧ предлагается широкий выбор дополнительных ком-
понентов: входные и выходные дроссели, фильтры электро-
магнитной совместимости, многофункциональный пульт уп-
равления с четырехстрочным жидко-кристаллическим дис-
плеем, позволяющий подключение ПЧ к компьютеру.

Управление ПЧ осуществляется посредством набора пара-
метров, позволяющих осуществить выбор, активизацию или
запрет той или иной функции, задание значения параметра, а
также контролировать его значение. Из всего набора пара-
метров имеется группа базовых параметров, настройка кото-
рых позволяет для большей части простейших случаев при-
менения быстро осуществить ввод привода в эксплуатацию.
Другая группа параметров является экспертной и служит для
точной настройки ПЧ. Доступ к этой группе параметров для
посторонних по умолчанию блокирован.

Данный способ управления удобен на этапе ввода и в про-
цессе эксплуатации для оперативного изменения настроек
электропривода.

Для использования электропривода в составе системы ав-
томатизации технологического процесса имеется развитая
система ввода-вывода данных, включающая аналоговые и
дискретные входы и выходы, а также последовательные ин-
терфейсы.

Преобразователи частоты имеют шесть программируемых
дискретных входов, способных инициировать различные
функции управления, которые можно разделить на три груп-
пы. В первую группу входят функции управления движением
привода, такие как пуск, останов, реверс, способ торможе-
ния. Вторую группу образуют функции управления выходной
частоты ПЧ, сюда входят: выбор фиксированной частоты,
плавное изменение выходной частоты при активном состоя-
нии соответствующего дискретного входа. Третья группа
объединяет служебные функции, например, разрешение дис-
танционного управления и др.

Дискретные входы могут быть активизированы различны-
ми способами, в том числе кнопками, дискретными выходами
различных управляющих устройств.

Для питания входных цепей может быть использован либо
внутренний источник питания с выходным напряжением 15 В
постоянного тока, либо внешний источник с напряжением от
7,5 до 33 В постоянного тока.

Ручное управление через аналоговые входы может быть
реализовано при подключении к ПЧ внешнего потенциомет-
ра с сопротивлением от 5 до 100 кОм, для питания которого
в ПЧ предусмотрен специальный источник с напряжением
10 В. По умолчанию перемещение движка из одного крайнего
положения в другое будет вызывать изменение значения вы-
ходной частоты в диапазоне от 0 до 50 Гц. Граничные значе-
ния диапазона могут быть изменены перенастройкой пара-
метров ПЧ.

Наличие в ПЧ встроенной функции ПИД-регулирования
позволяет осуществить точное регулирование любого внеш-
него параметра, поставленного в зависимость от скорости
вращения двигателя: давления на выходе насоса, температуры
368
в системе охлаждения, расхода и др. Для работы в этом ре-
жиме требуется датчик внешнего параметра, сигнал от кото-
рого подается на второй аналоговый вход.

Помимо местного существует возможность дистанционно-
го управления с доступом ко всем параметрам ПЧ. Эта воз-
можность реализуется через использование встроенного в
ПЧ последовательного интерфейса RS485.

Технические характеристики преобразователей частоты
серии MIDIMASTER приведены в табл. 7.4,

Преобразователи частоты серии MICROMASTER имеют
четыре модификации (410, 420, 430, 440) и предназначены

Таблица 7.4

Основные технические характеристики преобразователей частоты
серии MIDIMASTER

Параметры	MIDIMASTER Vector 6SE32	MIDIMASTER Есо 6SE95
Диапазон мощностей, кВт  Напряжение питания, В  Перегрузочная способ- ность в долях номиналь- ного тока, %  Метод управления  Дискретные входы (про- граммируемые)  Аналоговые входы  Аналоговые выходы  Дискретные релейные выходы  Способ охлаждения  Диапазон рабочих тем- ператур, °C  Степень защиты	5,5-75  3 фазы 208 - 240 ± 10 %  3 фазы 380-500 ± 10 %  3 фазы 525 — 575 ± 10 %  150 в течение 60 с;  200 в течение 2 с  Потокосцеплением, бессенсорное вектор- ное, вольт-частотный  U/f, U/f2  6  (24 функции)  2  (0-10 В, 2-10 В,  ± 10 В, 0/4-20 мА)  2  (0/4-20 мА)  2  (240 В/0,8 А — пере- менного тока,  30 В/2 А — постоянно- го тока  Вентилятор  От 0 до 40  IP21/56	5,5-315  3 фазы 208 - 240 ± 10 %  3 фазы 380 —  460/480/500 ± 10 %  3 фазы 525 — 575 ± 10 %  110 в течение 60 с  Режим оптимизации электропотребления, вольт-частотный U/f2  6  2  (0/4-20 мА)  2  (0/4-20 мА)  2 (240 В/1 А — перемен- ного тока)  Вентилятор  От 0 до 40  IP21/56
для регулирования скорости низковольтных электропри-
водов.

Преобразователи MICROMASTER 430 предназначены для
электроприводов насосов и вентиляторов, MICROMASTER
440, благодаря наличию системы векторного управления —
для решения задач, требующих применения электроприводов
с большим диапазоном регулирования скорости.

В преобразователях этой серии реализован модульный
принцип построения и используется новейшая технология
IGBT. Для улучшения динамических характеристик и опти-
мального управления предусматривается алгоритм прямого
управления потоком двигателя.

Система управления электропривода обеспечивает:

компенсацию скольжения;

автоматический повторный запуск при кратковременном
исчезновении напряжения сети;

автоматическое регулирование технологического парамет-
ра, зависящего от скорости электродвигателя;

параметрируемое время разгона и торможения в диапазо-
не 0 — 650 с;

сглаживание графика пуска;

быстродействующее токоограничение с целью обеспече-
ния безаварийной работы;

точный ввод заданного параметра благодаря наличию
аналогового входа с большой разрешающей способностью;

комбинированное торможение с целью обеспечения
контролируемого быстрого останова;

четыре частоты блокирования механического резонанса;

высококачественное с автонастройкой ПИД-регулирование
технологического параметра, зависящего от скорости двига-
теля;

быстродействующий репродуцируемый опрос цифровых
входов и др.

Кроме того, в преобразователях MICROMASTER 430 пре-
дусмотрены функции: энергосбережения, определения режи-
ма «сухого хода» насоса, каскадного пуска до трех двигателей
через встроенные релейные выходы системы управления.

Рис. 7.8. Функциональная схема преобразователя частоты MICROMASTER
430:

А/D —преобразователь аналог/цифра; AIN1, AIN2 — аналоговые входы;
DINI—DIN6 — цифровые входы; РТС - входы для подключения термодат-
чиков; AOUT1, AOUT2 — аналоговые выходы; RL1 — RL3 — релейные выхо-
ды; AC/DC — преобразователь переменного тока в постоянный; DC/AC —
преобразователь постоянного тока в переменный; CPU — центральный мик-
ропроцессор
4,7 кОм

AINl+Г
-----Л
AIN1- lJ
-----?4

AIN2+

----+ 10 в'

----ОВ

PNP
или"
] NPN

D1N1I

PIN21L

DIN3j

Т7-

| О'
DIN5.
DIN6_P^
|17

Выход +24 В

л (потенц. p«

! Выход 0 В

РТСаГ28 (потсиц' Pa1B')
PTC/KTY ff PTC B~ft*
115

AOUT1+I
0-20 mA zbk . _ “7*12
max 500 Ом Y-.A0LjLL'-X—
43

RL1-C<fe
RL1-B 4,
RLl-Aijg

0-20 мА
max 500 Ом

%> AOUT2-^26	А / / D

RL2

RL2-C

RL2-B<+—
|21

RL3

RL3-B

RL3-A Цу

CPU

N’?30

380-480 В 3 AC

PE

s: Lt, L2, L3

Панель оператора

IBBHB.B.I
ОФ®О

He исполь-
зуется

I
60 Гц I
50 Гц [
_____J

DIP переключатели
(ия контрольной панелн)

AINt A1N2

0-10 В

0-20 мА

DIP переключатели
(ня панели вводя-вывода)

РЕ
Функциональная схема преобразователя частоты MICRO-
MASTER 430 показана на рис. 7.8.

В преобразователях MICROMASTER 440 для расширения
возможностей автоматизации имеются свободные функцио-
нальные блоки арифметических и логических операций.

В преобразователях частоты предусмотрены следующие
виды защит от:

перегрева двигателя и преобразователя;

замыкания на землю;

нарушения изоляции двигателя;

блокировки ротора двигателя;

недопустимых значений превышения и снижения напря-
жения сети;

изменения параметров и др.

Технические характеристики преобразователей частоты
серии MICROMASTER приведены в табл. 7.5.

Преобразователи частоты серии SIMOVERT MV предна-
значены для регулирования скорости асинхронных и син-
хронных двигателей на напряжение до б кВ, применяемых в
качестве электропривода насосов, компрессоров и вентиля-
торов. При использовании в качестве привода рабочих ма-
шин синхронных двигателей в силовой цепи применяются
фильтры со структурой, отличающейся от фильтров для
асинхронных двигателей.

При построении ПЧ в качестве элементной базы исполь-
зуются высоковольтные IGBT модули. Выпрямительный блок
ПЧ выполняется по 12- или 24-пульсной схеме. Предусматри-
вается исполнение ПЧ с двумя преобразователями, один из
которых со стороны сети (активный буфер) используется для
рекуперации энергии торможения в сеть, а другой — для ре-
гулирования скорости двигателя. С помощью активного бу-
фера становится возможным реализация привода с механи-
ческими характеристиками в четырех квадрантах (двигатель-
ный и генераторный режим в обоих направлениях вращения
привода).

Активный буфер вместе с фильтром дает возможность по-
лучения не только cos ф = 1, но и частичной компенсации
реактивной мощности других потребителей. Кроме того,
обеспечивается режим работы практически с отсутствием
высших гармоник.

Высокотехнологичный электропривод с ПЧ серии
SIMOVERT MV и оснащенный активным буфером может
эффективно эксплуатироваться в слабых электрических сетях
с частыми провалами напряжения.
Таблица 7.5
Технические характеристики преобразователей частоты
серии MICROMASTER

Параметры	MICROMASTER 430	MICROMASTER 440
Напряжение сети, В	3x380 — 480 + 10%	3x380 - 480 + 10 %
Частота тока сети, Гц	47-63	47-63
Диапазон мощности, кВт	7,5-250	0,37-200
Выходная частота, Гц	0—650'	0-650'
Коэффициент мощно- сти, не менее	0,95	0,95
КПД, не менее	0,96	0,96
Пусковой ток	Не более расчетного входного тока	Не более расчетного входного тока
Законы управления	Линейный U/f, квадра- тичный U/f, программи- руемый U/f, прямое управление	потоком  (FCC), режим энерго- сбережения	Векторный с (без) датчи- ка скорости, управление моментом, линейный U/f, квадратичный U/f, программируемый U/f, прямое управление по- током (FCC)
Частота ШИМ, кГц	2—16 (изменение с ша- гом 2 кГц)	2—16 (изменение с ша- гом 2 кГц)
Число параметрируе- мых дискретных вхо- дов (потенциально раз- вязанных и переклю- чаемых PNP/NPN)	6	6
Число параметрируе- мых аналоговых входов (0-10 В, 0-20 мА)	2	2
Число параметрируе- мых релейных выходов	3 (постоянный ток 30 В/ 5 А, омическая нагрузка; переменный ток 250 В/ 2 А, индуктивная на- грузка)	3 (постоянный ток 30 В/ 5 А, омическая нагрузка; переменный ток 250 В/ 2 А, индуктивная на- грузка)
Число параметрируе- мых аналоговых выхо- дов (4 — 20 мА)	2	2
Интерфейс	RS485 (опция RS232)	RS485 (опция RS232)
‘Выходная частота зависит от закона управления и номинальной мощ- ности преобразователя.		
Функциональная схема электропривода с ПЧ серии
SIMOVERT MV показана на рис. 7.9.

Управление магнитным потоком двигателя проводится с
помощью надежной и эффективной системы с запоминанием
модуля и частоты тока статора TRANSVECTOR, а применение
цифровой системы управления ПЧ серии SIMADYN MV с
использованием 32-битового сигнального процессора обеспе-
чивает:

возможность применения универсального и гибкого стан-
дартного программного обеспечения;

удобную систему управления и визуализации;

возможность проведения всесторонней диагностики как
на месте эксплуатации, так и через модем.

Система диагностики позволяет контролировать силовой
выключатель, напряжение сети, режим работы входного

2,3-35 кВ

Рис. 7.9. Функциональная схема
электропривода с преобразовате-
лем частоты SIMOVERT MV:

OF — сетевой выключатель; Т —
трансформатор; В — выпрями-
тель; ДН — датчик напряжения
звена постоянного тока; И — ин-
вертор; ДНД — датчик напряже-
ния на зажимах двигателя; ДТ -
датчик тока двигателя; М — асин-
хронный или синхронный двига-
тель
трансформатора, выход из строя вентилятора, режим работы
двигателя и модулей IGBT, напряжение промежуточного зве-
на постоянного тока, состояние изоляции и др.

Панель управления, включающая в себя устройство ото-
бражения информации, кнопки и функциональные клавиши
с двойными функциями, предлагает пользователю макси-
мальные удобства по управлению электроприводом.

Электропривод имеет следующие характеристики: коэф-
фициент мощности при использовании в ПЧ 12-пульсного
выпрямителя cos cpi > 0,96, а при использовании активного
буфера cos ф! — регулируемый; номинальный КПД 98,5 %;
максимальная выходная частота 150 Гц; диапазон регулирова-
ния скоростей 1:1000.

Электромагнитная совместимость с сетью электроснаб-
жения обеспечивается либо традиционными способами, та-
кими как увеличение фазности сетевого выпрямителя, либо
применением в качестве сетевого выпрямителя активного
буфера, выполненного на полностью управляемых ключевых
элементах с использованием ШИМ.

Технические характеристики ПЧ серии SIMOVERT MV
приведены в табл. 7.6.

Преобразователи частоты серии SINAMICS разработаны
на базе последних достижений в области силовой и инфор-
мационной электроники. Система управления ПЧ обеспечи-
вает:

векторное управление и регулирование момента (с датчи-
ком скорости или без него);

[//f-управление с различными характеристиками;

анализ прохождения сигналов;

«подхват на ходу» вращающегося двигателя;

автоматический самозапуск двигателя после кратковре-
менного исчезновения напряжения сети и др.

Все соединения силовой части электропривода с системой
управления выполнены по оптоволоконной технологии. Уст-
ройства управления оснащены ЖК-дисплеями с функциями
отображения графики и имеют следующие особенности:

вывод текстовых сообщений и графиков наблюдения за
параметрами процессов;

вспомогательные функции, описывающие причины и
способы устранения неисправностей и др.

Преобразователь частоты SINAMICS GM150 предназначен
для применения в однодвигательных электроприводах с квад-
ратичным или постоянным моментом нагрузки, в которых не
требуется рекуперация энергии в сеть. Основная область
Таблица 7.6

Технические характеристики преобразователей
частоты серии SIMOVERT MV

Номинальное напря- жение двигателя, кВ	Номинальный выходной ток преобразователя час- тоты, А	Номинальная выходная мощность преобразователя частоты, МВ-А
2,3	200	0,8
	250	1.0
	300	1,2
	350	1,4
	400	1,6
	450	1,8
	500	2,0
	550	2,2
	600	2.4
3,3	180	1,0
	230	1,3
	260	1,5
	315	1,8
	370	2,1
	400	2,3
	460	2,6
	510	2,9
	550	3,1
4,16	180	1,3
	240	1,7
	280	2,0
	320	2,3
	370	2,6
	400	2,9
	460	3,3
	510	3,7
	550	4,0

применения таких ПЧ — это электроприводы насосов, венти-
ляторов и компрессоров,

Преобразователь частоты имеет неуправляемый диодный
выпрямитель, который может быть построен по 12- или 24-
пульсной схеме. В последнем случае выпрямитель является
стандартным для ПЧ на напряжение от 6,0 до 7,2 кВ, для дру-
гих уровней напряжения он доступен как опция.

Инвертор имеет также два разных исполнения: на высоко-
вольтных IGB транзисторах или на запираемых IGC тиристо-
рах. ПЧ рассчитаны для работы с двигателями, выпускаемы-
ми фирмой «Siemens», оптимизированными для питания от
преобразователя. Однако преобразователь частоты GM150 в
исполнении на IGB транзисторах на выходе может иметь си-
нусный фильтр, что позволяет его использовать для модерни-
зации электроприводов без замены двигателей других фирм
поставщиков.

ПЧ Sinamics SM150 — более сложный преобразователь.
Основная его особенность — это возможность рекуперации
энергии в сеть благодаря наличию управляемого выпрямите-
ля. Инвертор ПЧ выполнен на IGC тиристорах. Кроме того,
ПЧ имеет общий промежуточный контур постоянного тока
для подключения группы инверторов, каждый из которых
работает на свой двигатель. Преобразователь частоты Sina-
mics SM150 ориентирован на применение в электроприводах,
к которым предъявляются высокие требования при работе в
динамических режимах, на низких частотах и тормозных ре-
жимах с рекуперацией энергии в сеть.

Технические характеристики преобразователей частоты
серии SINAMICS приведены в табл. 7.7.

Таблица 7.7

Технические характеристики преобразователей частоты серии SINAMICS

Параметры, характеристики	SINAMICS GM 150		SINAMICS SM150
Тип силового полупровод- никового прибора инвер- тора	IGBT	IGCT	IGCT
12-пульсный выпрямитель	Стандартно	Стандартно	Нет
24-пульсный выпрямитель	Опция	Опция	Нет
	Стандартно для 6,0 —7,2 кВ	Стандартно для 6,0 —7,2 кВ	Нет
Активный выпрямитель (рекуперация)	Нет	Нет	Стандартно
Диапазон напряжений на выходе инвертора, кВ	2,3-7,2	3,3	3,3
Диапазон мощности, МВ А	0,6-10	10-28	5-28
Тип нагрузки и охлаждение			
Асинхронный двигатель	Стандартно	Стандартно	Стандартно
Синхронный двигатель	Нет	Опция	Стандартно
Несколько инверторов на общей шине постоянного тока	Нет	Нет	Стандартно
Синус-фильтр	Опция	Нет	Нет
Воздушное охлаждение	Стандартно	Нет	Нет
Водяное охлаждение	Стандартно	Стандартно	Стандартно
7.9.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
КОМПАНИИ «SCHNEIDER ELECTRIC»

Компания «Schneider Electric» выпускает преобразователи
частоты Altivar И, 28, 38, 68, 71, Преобразователи предназна-
чены для регулирования скорости низковольтных асинхрон-
ных двигателей. ПЧ Altivar 68 охватывают диапазон мощно-
стей от 75 до 500 кВт для применения с увеличенным момен-
том и от 90 до 630 кВт для применения с нормальным момен-
том. Работа с увеличенным моментом обеспечивает устойчи-
вые малые скорости АД, соответствующие выходной частоте
ПЧ 0,5 Гц.

Преобразователь частоты может быть оснащен дополни-
тельным модулем расширения для цифрового датчика скоро-
сти. При этом повышаются диапазон регулирования скорости
АД и точность регулирования на низких скоростях.

Преобразователь частоты может использоваться для при-
вода механизмов с постоянным и зависящим от скорости мо-
ментом сопротивления, Выбор типа момента (постоянный или
переменный) осуществляется программными средствами.

При этом возможны следующие виды управления приво-
дом:

нормальный, соответствующий заводской настройке ПЧ и
обеспечивающий диапазон регулирования скорости АД 20:1;

с увеличенным моментом, расширяющим диапазон регу-
лирования скорости до значения 100:1 и увеличивающим мо-
мент АД на низких скоростях;

специальный для двигателей специального назначения и
включенных параллельно на выход одного ПЧ;

энергосберегающий с автоматической адаптацией соотно-
шения U/f для согласования с характеристикой момента со-
противления рабочей машины.

Для настройки статических и динамических характеристик
в этих режимах служат следующие параметры регулирова-
ния:

IR-компенсация падения напряжения на активном сопро-
тивлении статорной обмотки АД:

поддержание уровня напряжения с целью увеличения мо-
мента на низкой скорости;

вид кривой соотношения U/f для согласования с характе-
ристикой момента сопротивления рабочей машины;

усиление и устойчивость контура регулирования, обеспе-
чивающие требуемый вид переходного процесса.
Основными функциями ПЧ являются:

встроенный ПИД-регулятор для регулирования параметров
технологического процесса (расход, давление, скорость АД);

задание до семи предварительно выбранных скоростей;

пошаговая работа механизма с заданием интервалов
времени от 0,2 до 10 с. В течение заданного интервала време-
ни поступающие команды на вращение АД выполняться не
будут;

последовательность управления электромагнитным тормо-
зом для управления подъемно-транспортных механизмов;

настраиваемые аналоговые и логические входы;

быстрее-медленнее (настройка нижней и верхней границ
скоростей, темпов ускорения);

пропуск частотных окон для предотвращения механиче-
ского резонанса при работе исполнительного механизма на
критических скоростях. В ПЧ предусмотрена возможность
задания до трех запретных частотных окон с настраиваемым
шириной полосы 2 или 5 Гц;

функции компаратора;

логические функции;

пуск и регулирование скорости с помощью алгоритма век-
торного управления магнитным потоком АД;

четыре уровня энергосбережения для применения в элек-
троприводах рабочих машин с зависящим от скорости мо-
ментом сопротивления;

защита АД и ПЧ;

автоматический захват с поиском скорости («подхват на
ходу»);

увеличенный пусковой момент;

раздельное питание цепей управления от источника 24 В;

двойная конфигурация (управление от ПЧ двух двигате-
лей).

Программными средствами осуществляется выбор различ-
ных законов разгона и-торможения АД: линейный, S- или U-
образный с настройкой параметров.

ПЧ оснащается пультом управления с жидкокристалличе-
ским индикатором, позволяющим с помощью клавиатуры
осуществлять управление ПЧ, конфигурировать различные
параметры, отображать характеристики ПЧ и АД, электриче-
ские величины, рабочие параметры и неисправности.

Предусмотрена возможность управления ПЧ от персо-
нального компьютера.

Основные характеристики электропривода, оснащенного
ПЧ Altivar 68, приведены в табл. 7.8.
Таблица 7.8

Основные характеристики электропривода
с преобразователем частоты Altivar 68

Параметры	Значение параметров
Диапазон выходной час- тоты	0 - 300 Гц.  Стабильность частоты ±0,01 % при 50 Гц.  Разрешающая способность 0,01 Гц
Диапазон регулирования скорости	100:1 (в конфигурации с увеличенным момен- том)
Статическая точность	В разомкнутой системе: 30 % от номинального скольжения при скорости больше 10 % от но- минальной скорости двигателя; 50 % от номи- нального скольжения при скорости меньше 5 % от номинальной скорости двигателя.  В замкнутой системе (с датчиком обратной свя- зи) +0,01 % от максимальной скорости двигателя
Перегрузочный переход- ный момент	180 % от номинального момента двигателя (в конфигурации с увеличенным моментом)
Максимальный переход- ный ток	150 % от номинального тока (в конфигурации с увеличенным моментом) в течение 60 с и 120 % в установившемся режиме; 120 % от номиналь- ного тока с моментом сопротивления, завися- щим от скорости, в течение 60 с и 100 % в ус- тановившемся режиме
Тормозной момент	До 30 % от номинального момента двигателя (без блока торможения); до 150 % с блоком торможения
Закон управления U/f	При отсутствии датчика обратной связи век- торное управление магнитным потоком двига- теля; с постоянным или переменным моментом с конфигурируемой функцией энергосбереже- ния; с датчиком обратной связи векторное управление магнитным потоком
Питающая трехфазная цепь	400 В ± 15 %, 50/60 Гц ± 5 %;  440 В ± 10 %, 60 Гц ± 5 %;  500 В - 15 % + 10 %, 50 Гц ± 5%
Максимальное напряже- ние на выходе ПЧ	Равно напряжению питающей сети
кпд	97,5 % (включая потери в сетевом дросселе) при 50 Гц и номинальной нагрузке
Аналоговый вход по на- пряжению	0—10 В, полное сопротивление 100 кОм.  Разрешающая способность 10 бит. Программируемые ограничение и применение
Аналоговый вход по току	0(4) —20 мА, максимальная нагрузка 250 Ом. Разрешающая способность 10 бит.  Программируемые ограничение и применение
Преобразователи частоты серии Altivar 38 мощностью от
0,75 до 315 кВт предназначены для электроприводов центро-
бежных насосов и вентиляторов и являются упрощенным ва-
риантом ПЧ, который обеспечивает:

ускоренный ввод в эксплуатацию;

быструю настройку доступными диалоговыми средствами;

легкую интеграцию установки в системы автоматизации
верхнего уровня;

наличие функций, необходимых для управления насосны-
ми и вентиляционными установками, таких как ПИ-регу-
лятор, автоматический повторный пуск, «подхват на ходу»,
блокировка резонансных частотных окон, управление насос-
ными станциями;

функцию энергосбережения с автоматической адаптацией
питания двигателя с целью оптимизации потребления энергии.

Технические характеристики ПЧ Altivar 38 приведены в
табл. 7.9.

В результате сотрудничества компаний «Schneider Electric»
и «Toschiba» с 2005 г. налажен выпуск ПЧ нового поколения
Altivar 71 для управления двигателями мощностью от 0,37 до
500 кВт на напряжение от 200 до 480 В.

Таблица 7.9

Технические характеристики ПЧ Altivar 38

Тип ПЧ	Мощность двигателя, кВт	Тип фильтра ЭМС
ATV38HU72N4  ATV38HU90N4	4  5,5	Встроенный фильтр ЭМС
ATV38HD12N4  ATV38HD16N4  ATV38HD23N4  ATV38HD25N4  ATV38HD28N4  ATV38HD33N4  ATV38HD46N4  ATV38HD54N4  ATV38HD64N4  ATV38HD79N4	7,5 И 15  18,5 22 30 37 45 55 75	Встроенный фильтр ЭМС
ATV38HC10N4  ATV38HC13N4  ATV38HC15N4  ATV38HC19N4  ATV38HC23N4  ATV38HC25N4  ATV38HC28N4  ATV38HC31N4  ATV38HC33N4	90 110  132 160 200 220 250 280  315	Дополнительный внеш- ний фильтр ЭМС
Преобразователи частоты Altivar 71 характеризуются сле-
дующими особенностями:

реализуют семь законов управления, включая работу с
синхронными двигателями с возбуждением от постоянных
магнитов;

выдерживают провалы напряжения питания до 50 % и мо-
гут функционировать без снижения мощности при темпера-
туре окружающей среды 50 °C;

обеспечивают перегрузочную способность до 220 % по
моменту;

имеют встроенный ПИД-регулятор;

оснащены графическим терминалом;

благодаря встроенному фильтру обладают хорошей поме-
хозащищенностью;

имеют встроенные коммуникационные протоколы
MODBUS и CANopen, позволяющие легко осуществлять ин-
теграцию в системы промышленной автоматизации;

обладают совместимостью программных средств с ПЧ се-
рий Altivar 58 и Altivar 68;

имеют дополнительное оборудование: исполнение по сте-
пени защиты оболочки IP54, фильтры ЭМС класса В, фильт-
ры подавления высших гармоник, блоки рекуперации энер-
гии в питающую сеть.

Компания планирует выпуск объектно-ориентированных
ПЧ Altivar 61, предназначенных для работы с вентиляторами
и насосами. Эти ПЧ выполнены на базе ПЧ Altivar 71 и обла-
дают рядом сходных с ними показателей. Диапазон мощно-
стей от 0,37 до 630 кВт.

7.10.	ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК МАГИСТРАЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

На территории России создана разветвленная сеть магист-
ральных газо-, нефте- и продуктопроводов, проходящих по
территории многих субъектов Федерации.

Протяженность магистральных трубопроводов, по которым
осуществляется транспорт продукции нефтегазового ком-
плекса на начало 2004 г. составила 219 тыс. км, в том числе
газопроводных магистралей, включая газопродуктопрово-
ды, — 151 тыс. км, нефтепроводных магистралей — 48,6 тыс.
км, нефтепродуктопроводных магистралей — 19 тыс. км.
С помощью магистрального трубопроводного транспорта,
осуществляется транспорт около 100 % добываемого газа,
99 % добываемой нефти и более 50 % продукции, производи-
мой подключенными к системе магистральных продуктопро-
водов нефтеперерабатывающими предприятиями.

Технологические процессы транспорта углеводородного
сырья характеризуются высокой энергоемкостью. Примене-
ние регулируемого электропривода на установках транспорта
нефти и газа, мощность которых составляет тысячи кВт, яв-
ляется радикальным средством энергосбережения. Так, вне-
дрение частотно-регулируемых электроприводов на нефтепе-
рекачивающих станциях АК «Транснефть» обеспечит годо-
вую экономию электроэнергии около 10 млрд кВтч [27].

Поскольку основные требования к электроприводам газо-
перекачивающих и нефтеперекачивающих агрегатов одина-
ковые, можно ограничиться рассмотрением вопросов приме-
нения частотно-регулируемого электропривода для техноло-
гических установок транспорта газа.

Режим работы компрессорных станций (КС) на магист-
ральных газопроводах переменный, т.е. изменяются количе-
ство перекачиваемого газа и давление на его приеме КС. Это
обусловлено главным образом неравномерностью и случай-
ным характером потребления газа. Кроме того, значительное
влияние на изменение режима работы КС может оказать по-
этапный ввод в эксплуатацию газопровода и соответствую-
щее этому постепенное увеличение его мощности, а также
изменение давления газа на приеме турбокомпрессора (ТК)
вследствие изменения пластового давления и появления от-
ветвлений к промежуточным потребителям.

Совместная работа газопровода и ТК как турбомашины
определяется точкой пересечения их газодинамических ха-
рактеристик. При этом количество газа, транспортируемого
по газопроводу, соответствует производительности ТК при
данном давлении на приеме КС. В зависимости от потребле-
ния газа можно изменять характеристики ТК или газопро-
вода. Этого можно добиться дросселированием (регулирова-
нием задвижкой), отключением (включением) нескольких по-
следовательно и параллельно включенных ТК. При этом сис-
тема регулирования производительности КС должна преду-
сматривать регулирование как по графику потребления газа в
течение года, так и в динамических режимах при текущих
изменениях нагрузки газопровода.

На КС с электроприводными ТК регулирование произво-
дительности может осуществляться следующими способами:
дросселированием потока газа;

регулированием потока газа путем установки входного по-
воротного направляющего аппарата перед колесом ТК, закру-
чивающего поток газа на входе в ТК;

байпасированием потока газа;

заменой сменной проточной части ТК;

изменением передаточного числа передаточного меха-
низма;

установкой гидромуфты;

изменением числа работающих агрегатов;

изменением частоты вращения вала электродвигателя.

Регулирование дросселированием потока газа может осу-
ществляться с помощью дросселирующего органа, создающе-
го дополнительное гидравлическое сопротивление, в резуль-
тате чего искусственно изменяется характеристика газопро-
вода. При дросселировании производительность ТК уменьша-
ется, потребляемая при этом мощность электродвигателя
также снижается, но несущественно. Дросселирование газа
ведет к резкому увеличению удельных на 1000 м3 энергоза-
трат и является весьма неэкономичным способом регулиро-
вания производительности. Однако этот способ нашел при-
менение на некоторых КС благодаря своей простоте.

Эффективным способом с точки зрения энергозатрат яв-
ляется регулирование потока газа путем установки входного
поворотного направляющего аппарата, однако попытки его
внедрения на электроприводных полнонапорных ТК с элек-
тродвигателями СТД-12500-2 из-за сложности конструкции
распространения не получили.

Установка гидромуфт для обеспечения регулирования
производительности на практике не находит применения
вследствие низкого значения КПД и больших эксплуатаци-
онных расходов, связанных с их обслуживанием и ремонтом.

Ступенчатое регулирование производительности КС изме-
нением числа работающих ТК не может в общем случае
обеспечить нормальную работу при переменном режиме га-
зопровода. Однако этот способ регулирования в сочетании с
плавным регулированием позволяет уменьшить требования к
диапазону плавного регулирования,

Значительная экономия электроэнергии достигается регу-
лированием частоты вращения ТК. Необходимый диапазон
регулирования частоты вращения приводного электродвига-
теля при изменении подачи ТК составляет (1 — 0,7)пном, т.е.
привод ТК должен обеспечить плавное регулирование часто-
ты вращения вала на 30 % ниже ее номинального значения.
За последние годы в качестве основных вариантов при вы-
боре типа привода ТК рассматриваются приводы трех типов:
газотурбинный привод;

частотно-регулируемый электропривод с быстроходным
электродвигателем переменного тока;

частотно-регулируемый электропривод на основе электро-
двигателя с частотой вращения не выше 3000 об/мин и муль-
типликатором.

Ведущие электротехнические фирмы используют три типа
быстроходных частотно-регулируемых электроприводов пе-
ременного тока для ТК магистральных газопроводов:

1.	Частотно-регулируемый электропривод с ПЧ на основе
автономного инвертора тока и быстроходным асинхронным
двигателем.

2.	Частотно-регулируемый электропривод с ПЧ на основе
автономного инвертора напряжения и быстроходным асин-
хронным двигателем.

3.	Частотно-регулируемый электропривод по схеме вен-
тильного двигателя на базе быстроходного синхронного дви-
гателя.

Частотно-регулируемый электропривод ТК с быстроход-
ным двигателем по сравнению с обычным двигателем и муль-
типликатором обеспечивает экономию площади до 50 %.

Быстроходные частотно-регулируемые электродвигатели
мощностью 4,0—12,5 МВт производят фирмы «ALSTOM»
(Франция), CKD (Чехия), «ТМЕ1С» (Япония), «SIEMENS»
(Германия) и др.

В России ведутся работы по созданию электроприводов
газоперекачивающих агрегатов с быстроходными асинхрон-
ными двигателями с ротором на магнитном подвесе на
8200 об/мин мощностью 4,0 и 6,3 МВт.

Применение электромагнитного подвеса ротора обеспечи-
вает:

исключение из компоновки агрегата мультипликатора;

использование компрессоров с высокой частотой враще-
ния;

исключение системы смазки подшипников и соответст-
венно необходимости в запасах масла;

повышение показателей надежности агрегата, его ресурса
и уменьшение затрат на обслуживание и ремонт;

повышение готовности агрегата к пуску, сокращение
времени пуска и др.

В настоящее время в России реализованы технические
решения по применению частотно-регулируемого электропри-
Рис. 7.10. Функциональная схема электропри-
вода по схеме вентильного двигателя мощно-
стью 25 МВт

220 кВ

вода по схеме вентильного двигателя на синхронном двигате-
ле типа 4Б284-021 мощностью 25 МВт.

На КС Путятинская и Павелецкая установлены по три
электропривода мощностью 25 МВт (два рабочих и один
резервный) для привода ТК газоперекачивающего агрегата
ЭПГА-25.

Привод данного типа предназначен для осуществления
плавного пуска, регулирования и стабилизации частоты вра-
щения ТК. Электропривод (рис. 7.10) включает четырехобмо-
точный трансформатор Т1 мощностью 40 MB-А, преобразова-
тель частоты А с промежуточным звеном постоянного тока,
синхронный электродвигатель СД, управляемый возбудитель
U5, получающий питание от трансформатора Т2. Преобразо-
ватель частоты состоит из двух идентичных модулей, вклю-
чающих в себя управляемые выпрямители UI(U2) и инверто-
ры U3(U4). Использование трансформатора Т1 со вторичными
обмотками, одна из которых соединена звездой, а другая
треугольником, обеспечивает 12-пульсную систему выпрям-
ления.
В цепи промежуточного звена постоянного тока ПЧ вклю-
чены сглаживающие дроссели LI, L2 (L3, L4). Преобразовате-
лем частоты управляет регулятор R, с помощью которого
можно изменить частоту от 0 до 65 Гц. Статорная обмотка
электродвигателя имеет две трехфазные обмотки, которые
соединены в схему «две звезды» и сдвинуты одна по отноше-
нию к другой на 30°. Применение такой схемы позволяет
уменьшить пульсации мощности и снизить добавочные поте-
ри. Кроме того, наличие сдвоенной трехфазной обмотки ста-
тора позволяет в тех же габаритах увеличить номинальный
момент и мощность двигателя примерно на 6 %. Для решения
проблемы электромагнитной совместимости с питающей се-
тью используется фильтрокомпенсирующие устройства мощ-
ностью 12000 квар, подключенные к третьей вторичной об-
мотке трансформатора Т1 (на рис. 7.10 не показано).

Электропривод поддерживает заданную частоту вращения
двигателя с точностью ±2 %. Пуск электропривода — автома-
тический до частоты 2600 об/мин с током, не превышающим
номинальное значение.

Технические характеристики электродвигателя типа 4Б284-021

Номинальная мощность, МВт...................................... 25

Номинальная частота вращения, об/мин........................... 3700

Диапазон регулирования частоты вращения, об/мин................	2600 — 3900

Номинальная частота, Гц........................................ 61,7

Номинальный момент, кНм........................................ 64,6

Номинальное напряжение статорной обмотки, кВ................... 10

Номинальный КПД, %.......................................................................	96,3

Номинальный коэффициент мощности (опережающий).................	0,85

Номинальный ток статора, А..................................... 925

Номинальное напряжение возбуждения, В.......................... 215

Номинальный ток возбуждения, А................................. 418

Момент инерции турборотора, кгм2............................... 750

Критические скорости турборотора, об/мин:......................

первая критическая скорость.................................. 1900

вторая критическая скорость.................................. 5500

Степень защиты................................................. IP44

Масса двигателя, кг............................................ 84000

Система управления электроприводом выполнена на ана-
логовых элементах с использованием элементной базы 1980-х
годов и к настоящему времени является морально устарев-
шей. В связи с этим поставлен вопрос о модернизации сис-
темы управления, защиты и сигнализации электропривода.

ОАО «Электропривод», АООТ «ЭНИН» им. Г.М. Кржижа-
новского совместно с ОАО «Электровыпрямитель» (г. Са-
ранск) разработаны тиристорные ПЧ на напряжения 6; 10;
15,75 кВ серии ПЧ-ТТП. Преобразователи частоты предназна-
388

Таблица 7.10

Технические характеристики преобразователей частоты серии ПЧ-ТТП

Параметры	ПЧ-ТТП-100 6 кВ/10 кВ	ПЧ-ТТП-200 6 кВ/10 кВ	ПЧ-ТТП-500 6 кВ/10 кВ	ПЧ-ТТП-800  15,75 кВ	ПЧ-ТТП-2000 0,4-0,95 кВ
Номинальное входное и выходное напряжение тиристорной (сило- вой) части преобразователя, В	6000/10000 Г	6000/10000 I	6000/10000 I	15750 I	380-950 1Г
Номинальный выходной ток, А	100	200	500	800	3000-1000
Перегрузка по току, А: в течение 5 мин 1,2 в течение 40 с 1,5	120  150	240  300	600  750	960  1200	3600-1200  4500- 1500
Максимальный выходной ток при работе в качестве пускового уст- ройства в повторно-кратковре- менном режиме, А	200	400	1000	1500	В зависимости от типа приме- няемого тиристора 4500- 1500
Габариты блока силового, мм:  высота  ширина  глубина	Одностороннее обслуживание 2200 2000  600	Одностороннее обслуживание  2200  2400 600	Одностороннее обслуживание  2400 3400  650	Двухстороннее обслуживание  2200  6000  1200	Двухстороннее о бслуживание 2200-1800 1200- 800 1200 - 800
Время пуска двигателя в зависи- мости от момента инерции и на- грузки	Не более 5 мин при естественном охлаждении				
Количество пусков в час	Не ограничено				
Режим работы для пусковых пре- образо вателей  'I — высоковольтный вариант. *'	Отключен или в горячем состоянии  II — трансформаторный вариант.				
чены для пуска и регулирования скорости электроприводов
насосов, вентиляторов и ТК с синхронными электродвигате-
лями, выполненными по схеме вентильный двигатель.

Технические характеристики преобразователей частоты
серии ПЧ-ТТП приведены в табл. 7.10.

Разработанные за последние годы полностью управляемые
мощные силовые полупроводниковые приборы (GTO, IGBT,
[GOT) в модульном исполнении внесли радикальные измене-
ния в системы частотно-регулируемых электроприводов пе-
ременного тока. Значительно увеличились предельные мощ-
ности, функциональные возможности, диапазон регулирова-
ния скорости и улучшились технико-экономические показа-
тели частотно-регулируемых электроприводов. Использова-
ние в качестве исполнительных двигателей переменного тока
открыло возможность значительного увеличения мощности и
перегрузочной способности электропривода, недостижимых
при применении двигателей постоянного тока, имеющих ог-
раничения по условиям коммутации. Отсутствие коллектора,
кроме того, значительно расширяет области применения
>лектропривода и обеспечивает экономию меди. Современ-
ный уровень развития силовой полупроводниковой техники
позволяет создавать частотно-регулируемые электроприводы
мощностью до 80 МВт и более, а КПД современных ПЧ мо-
жет достигать 98 %.

Применение микропроцессорных средств управления ра-
дикально изменило системы управления, защиты и сигнали-
зации. Появились широкие возможности приспосабливания
)лектропривода к конкретным требованиям технологического
процесса, сопряжения с управляющей ЭВМ, системой авто-
матического управления верхнего уровня, диагностики и др.

Концерном АВВ для привода ТК, оснащенных синхронны-
ми двигателями, .разработана серия частотно-регулируемых
электроприводов MEG ADRI VE-LCI.

Рассмотрим электропривод ТК мощностью 12,5 МВт. Диа-
пазон регулирования скорости 1800 — 3000 об/мин. Функцио-
нальная схема управления электроприводом MEGADRIVE-LCI
показана на рис. 7.11.

В качестве элементной базы ПЧ используются GTO-
тиристоры. Преобразователь частоты контейнерного испол-
нения с явно выраженным звеном постоянного тока включа-
ет в себя 12-пульсные управляемый выпрямитель и инвертор
тока. Питание ПЧ осуществляется от 3-обмоточного транс-
форматора 17 MB-А напряжением 10000/2x3600 В. Система
охлаждения ПЧ имеет промежуточный водяной контур (вода
10 кВ

Рис. 7.11. Функциональная схема управления электроприводом
MEGADRIVE-LCI:

О — сетевой выключатель; Т — трансформатор; В — управляемый выпрями-
тель; Д — дроссель; И — инвертор; М — синхронный двигатель; ТН1, ТН2 —
трансформаторы напряжения; ДТ, ДТВ, ДН, ДС — датчики соответственно
тока, тока возбуждения, напряжения, скорости; СУВ, СУИ — системы управ-
ления соответственно выпрямителем, инвертором; PC, PT, РН, РТВ, РМ —
регуляторы соответственно скорости, тока, напряжения, тока возбуждения,
мощности; ЗС, ЗН — задатчики соответственно скорости, напряжения;

ФПС — функциональный преобразователь сигналов
с добавлением глюколя) и обеспечивает рассеивание мощно-
сти потерь 120 кВт.

Для обеспечения электромагнитной совместимости с пи-
тающей сетью предусмотрено двухступенчатое фильтроком-
пенсирующее устройство мощностью 4000 + 3500 квар (на
рис. 7.11 не показано).

Управление электроприводом осуществляется от микро-
контроллера. Система управления воздействует на управляе-
мый выпрямитель, инвертор, бесщеточный возбудитель и
реализует требуемый закон регулирования U/f.

Цифровое управление используется для регулирова-
ния момента и скорости, реализации систем защит, управ-
ления последовательностью включения и отключения в ре-
жиме нормального функционирования, аварийного отключе-
ния, а также текущего контроля электропривода и диагно-
стики.

Внутренняя структура микроконтроллера разработана и
оптимизирована таким образом, что он является не только
быстродействующим для применения в электроприводе, но
также облегчает применение проблемно-ориентированного
языка, ориентированного на пользователя.

Автоматический пуск и останов электропривода разбива-
ется на ряд последовательных этапов с промежуточным кон-
тролем за правильностью функционирования. Возможно как
местное, так и дистанционное управление.

Защита элементов силового оборудования и системы
управления, а также текущий контроль реализованы про-
граммными средствами. Сообщения о неисправностях и па-
раметрах текущего состояния оборудования отображаются на
пульте оператора. Функции систем защит и текущего контро-
ля компонентов электропривода показаны на рис. 7.12.

В электроприводе предусмотрены следующие виды защит
от: превышения и понижения напряжения на зажимах двига-
теля сверх допустимых значений; заклинивания ротора; пре-
вышения и понижения скорости вращения ротора сверх до-
пустимых значений; превышения напряжения на выходе ПЧ;
замыкания на землю; превышения тока в силовой цепи ПЧ и
возбудителя; нарушения работы системы охлаждения двига-
теля и др.

Тепловой режим двигателя контролируется с помощью
20 терморезисторов, из которых 12 контролируют тепловой
режим в обмотке статора, три — в возбудителе, три — в сис-
теме охлаждения двигателя. Теплообменник воздух-вода мон-
тируется в верхней части двигателя. Охлаждающий воздух
Рис. 7.12. Функциональная схема систем защит и текущего контроля ком-
понентов электропривода:

1 — трансформатора; 2 — максимально-токовая; 3 — от перенапряжения;
4 — преобразователя частоты; 5 — от замыкания на землю; 6 — электродви-
гателя; 7 — системы возбуждения; 8 — механической части электродвигате-
ля; 9 — теплового состояния электродвигателя (остальные обозначения
см. рис. 7.11)

циркулирует по замкнутому контуру, проходя через двига-
тель и теплообменник.

Общий номинальный КПД электропривода ц = 0,95, ко-
эффициент мощности cos <р= 0,97.

Для привода ТК с асинхронными короткозамкнутыми дви-
гателями мощностью 1600 — 8000 кВт концерном АВВ разра-
ботана преобразователи частоты серии SAMI MEGASTAR.
Силовая часть ПЧ включает неуправляемый выпрямитель,
выполненный в зависимости от требования к гармоническим
составляющим в сети по б-, 12- или 24-пульсной схеме и
ШИМ-инвертор напряжения на GTO-тиристорах. Для согла-
сования напряжения двигателя и сети используется транс-
форматор. В цепь постоянного тока ПЧ включена батарея
конденсаторов.

Электропривод может быть оснащен блоком тормозных
сопротивлений, подключенным в цепь постоянного тока про-
межуточного звена ПЧ.

В электроприводе может быть реализовано скалярное и
векторное управление. В последнем случае используется об-
ратная связь по скорости с помощью тахогенератора.

Система управления электропривода состоит из контрол-
лера прикладного программного обеспечения и контрол-
лера привода, который подключается к контроллеру приклад-
ного программного обеспечения оптико-волоконной линией
связи.

Управление электроприводом может осуществляться: по-
средством аналоговых и цифровых входов, последовательной
линии связи, панели управления, персонального компьютера.
Для этих целей предусмотрено восемь цифровых и четыре
аналоговых входа, а также восемь цифровых и два аналого-
вых выхода. При необходимости число входов может быть
расширено.

Цифровое управление позволяет устанавливать с помощью
панели управления следующие параметры: максимальное и
минимальное значения частоты вращения двигателя, время
разгона и торможения, предельный момент двигателя, часто-
ту начала ослабления магнитного потока двигателя, парамет-
ры векторного управления (например, коэффициенты ПИ-ре-
гуляторы) и др.

В процессе работы электропривода на индикаторе панели
управления могут быть отображены следующие параметры:
момент, частота вращения и ток двигателя, заданные значе-
ния параметров векторного управления, состояния цифровых
и аналоговых входов и выходов, ток и напряжение промежу-
точного звена постоянного тока ПЧ, индикация неисправно-
стей и др.

Тепловое состояние электродвигателя контролируется при
помощи терморезисторов, установленных в обмотке статора,
подшипниках и системе охлаждения. Охлаждение ПЧ — во-
дяное с теплообменником вода-вода.
Технические характеристики преобразователей частоты
серии SAMI MEGASTAR приведены в табл. 7.11.

Для высоковольтного электропривода ТК выпуск ПЧ осу-
ществляют ряд других зарубежных фирм, например,
«Siemens» (ПЧ серии SIMOVERT), «Allen Bradley» и др., по-
зволяющих существенно экономить энергоресурсы.

Весьма перспективными для частотно-регулируемых элек-
троприводов технологических установок транспорта углево-
дородного сырья мощностью до 5 МВт являются преобразо-
ватели частоты серии ВПЧ, предлагаемые для реализации на
рынке России компаний «L-Start». Преобразователи частоты
производятся в соответствии с российскими ГОСТ Р и меж-
дународным МЭК стандартами, имеются модификации для
работы с асинхронными и синхронными двигателями.

Высоковольтные ПЧ серии ВПЧ предназначены для плав-
ного частотного пуска и регулирования скорости электродви-
гателей с номинальным напряжением 3, б, 10 кВ.

Реализуемые законы управления: векторный или скаляр-
ный U/f = const.

Таблица 7.11

Технические характеристики преобразователей частоты
серии SAMI MEGASTAR

Тип ПЧ	Схема вы- прям- ления, л-пульс- ная	Напряже- ние на входе ПЧ, В	Номи- нальный ток ПЧ, А	Мощ- ность ПЧ, КВ-Л	Мощ- ность двигате- ля, кВт	Масса ПЧ, кг
2600D3300	6	3300	350	2000	1600	3500
3150D3300	6	3300	550	3150	2600	3700
5000D3300	6	3300	875	5000	4000	4100
6300D3300	6	3300	2x550	6300	5000	6500
10000D3300	6	3300	2x875	10000	8000	7700
2000D3300	12	2x1650	350	2000	1600	3500
3150D3300	12	2x1650	550	3150	2600	3700
5000D3300	12	2x1650	875	5000	4000	4100
6300D3300	12	2x1650	2x550	6300	5000	6500
10000D3300	12	2x3300	2x875	10000	8000	7700
2000D3300	24	4x1650	350	2000	1600	4300
3150D3300	24	4x1650	550	3150	2600	4500
5000D3300	24	4x1650	875	5000	4000	4900
6300D3300	24	4x1650	2x550	6300	5000	7300
10000D3300	,24	4x1650	2x875	10000	8000	7700
2000DG3300	6	3300	350	2000	1600	4600
3150DG3300	6	3300	550	3150	2600	4700
5000DG3300	6	3300	875	5000	4000	5100
Рис. 7.13. Функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты:
1 — высоковольтный выключатель; 2 — многообмоточный фазосдвигающий
трансформатор; 3 — асинхронный двигатель; 4 — силовой модуль с IGB
транзисторами; 5 — контроллер; 6 — промышленный PC; 7 — блок PLC
(сигналов физического уровня); 8 — контроль тока сети; 9 — контроль вы-
ходного напряжения ВПЧ

Функциональная схема высоковольтного преобразователя
частоты (ВПЧ) показана на рис. 7.13. Силовая схема преобра-
зователя состоит из ячейки многообмоточного трансформа-
тора, ячейки силовых модулей с IGB транзисторами и моду-
лем управления. Силовой модуль (рис. 7.14) выполнен по схе-
ме: неуправляемый трехфазный выпрямитель, емкостной
фильтр, однофазный инвертор на IGB транзисторах и узла
байпасирования модуля при выходе модуля из строя.

В каждом модуле всегда открыты и проводят ток два клю-
ча. При этом имеют место следующие значение выходного
напряжения:

замкнуты QI, Q3 или Q2, Q4 (в зависимости от направле-
ния тока)	U = 0;

замкнуты QI, Q4 U = + Е;

замкнуты Q2, Q3 U = — Е.

При замыкании соответствующих ключей в каждом моду-
ле значение фазного напряжения (при наличии пяти мо-
дулей в фазе) определится из соотношения
Рис. 7.14. Схема силового модуля:

1 — неуправляемый выпрямитель; 2 — емкостный фильтр; 3 — однофазный
инвертор на IGB транзисторах; 4 — устройство байпасирования модуля при
выходе его из строя; LI, L2 — выходные зажимы модуля; К — ключ; Q1-
04 — транзисторы IGB; R — резистор; С — конденсатор

СТф = • 0; +Е; ±2Е; ...; +5Е

а число уровней в кривой фазного напряжения N = 2-5 +
+ 1 = 11.

Фазные выходные напряжения формируются суммирова-
нием напряжений отдельных силовых модулей, включенных
последовательно по схеме «звезда» (рис. 7.15). Напряжение
на выходе ВПЧ в ступенчатом виде аппроксимирует синусои-
дальный закон.

Коэффициент мощности каждого силового модуля более
0,95 практически во всем диапазоне скоростей, что не требу-
ет применения фильтрокомпенсирующих устройств.

В ВПЧ реализован принцип многоуровневой ШИМ, обес-
печивающий форму выходного напряжения, близкую к сину-
соидальной

Реализация многоуровневой ШИМ-модуляции обеспечива-
ет следующие преимущества:

формируется неискаженная форма синусоиды выходного
тока (искажение ниже 4 %);

снижаются коммутационные напряжения, возникающие
при переключениях;
690 В

Рис. 7.15. Схема включения модулей для формирования фазного и линейно-
го напряжений иа выходных зажимах преобразователя частоты

исключается дополнительный нагрев двигателя токами
высших гармоник;

обеспечивается высокий коэффициент мощности, не ме-
нее 0,95;

КПД более 95 %;

отсутствует ограничение по длине кабеля от преобразова-
тельного устройства до двигателя;

исключается остановка двигателя при выходе из строя од-
ного силового модуля;

имеется возможность использования ВПЧ с двигателями
общепромышленных серий без дополнительных выходных
фильтров, так как вследствие высоких значений пульсности
создается минимальный уровень высших гармоник в спектре
выходного напряжения;

отсутствуют дополнительные шумы двигателя;

снижаются пульсации электромагнитного момента двига-
теля;

отпадает потребность в фильтрокомпенсирующем устрой-
стве на входе ПЧ.
Система управления ВПЧ реализована на промышленном
компьютере с сенсорным экраном, которая обеспечивает:
управление частотным пуском двигателя с заданным уско-
рением в пределах допустимой перегрузки ПЧ;

уставку времени изменения частоты от минимального до
максимального значения в заданных пределах;

точность поддержания частоты вращения, определяемую
наклоном механической характеристики двигателя;

возможность автоматического регулирования параметров
электропривода и технологических параметров, зависящих от
скорости двигателя;

изменение по заданной программе скорости двигателя;

ограничение значений тока в силовой цепи при перегруз-
ках на заданном уровне и с заданной точностью.

В течение времени срабатывания в нем защит, ВПЧ тер-
мически и динамически устойчив во всех аварийных режи-
мах и имеет следующие виды защиты от:

к.з. в ВПЧА и нагрузке;

недопустимых перегрузок по току;

перегрева ВПЧ;

внешних и внутренних коммутационных перенапря-
жений;

пробоя силовых модулей;

нарушения коммутации и сбоев в цепях управления;

исчезновения вентиляции (в ВПЧ с принудительной вен-
тиляцией);

исчезновения напряжения сети;

недопустимых понижения и повышения напряжения сети;

обратного чередования фаз напряжения сети;

обрыва фазы;

недопустимого превышения частоты вращения двигателя
(свыше 120 %).

Настройка параметров работы ВПЧ осуществляется с
пульта управления — сенсорного экрана, предусмотрено
также подключение дистанционного пульта управления. ВПЧ
может быть интегрирован в общую АСУ ТП по интерфейсу
RS485, протоколу MODBUS. Для управления и контроля ра-
ботоспособности разработано удобное программное обеспе-
чение с интерфейсом на русском языке.

Окно главного пользовательского интерфейса одновре-
менно отражает восемь параметров работы электропривода:
частоту настройки, выходную частоту, скорость вращения
двигателя, данные по контролируемому параметру (давление,
температура, момент двигателя и др.), ток потребляемый ВПЧ
из сети, ток, двигателя, напряжение сети, напряжение на за-
жимах статора двигателя.

ВПЧ оснащен средствами сигнализации о включенном и
отключенном состояниях и срабатывании системы защиты.

ВПЧ имеет также систему диагностики, позволяющую оп-
ределять место возникновения неисправностей в электропри-
воде на уровне его функциональных частей в случае сраба-
тывания системы защиты.

ВПЧ поставляется заказчику в виде функционально закон-
ченного оборудования в состав которого входят:

ячейка высоковольтного сухого многообмоточного транс-
форматора специального исполнения;

ячейка силовых модулей с IGB транзисторами и модулем
управления ВПЧ (промышленный компьютер с сенсорным
экраном).

Силовые модули с IGB транзисторами изготовлены в виде
блочной выдвижной конструкции, обеспечивающей быструю
замену модулей.

Основные технические характеристики преобразователя серии ВПЧА
для регулирования скорости высоковольтных асинхронных двигателей

Обозначение серии....................... ВПЧА	высоковольтный

преобразователь часто-
ты для асинхронного
электродвигателя

Частота питающей сети, Гц 	  Диапазон регулирования частоты, Гц	  Точность поддержания частоты, ГЦ	  Время пуска/останова, с	  Перегрузочная способность	  Выходное напряжение силовой цепи (трезфазное линейное), В	  Коэффициент мощности	  КПД, %, не менее	  Аналоговый вход	  Аналоговый выход	  Дискретные входы	  Дискретные выходы	  Интерфейсы/Протоколы передачи данных	  Органы управления	  Конструкция; степень защиты	  исполнение	  охлаждение		45-55  0,5-120 ±0,01  10—1600 (настраивае- мый параметр) 120 % в течение 60 с, 150 % в течение 1 с  3000, 6000, 10000 0,95 и более, при ско- рости близкой к номи- нальной  96  Два канала, 0-10 В/4-20 мА Два канала, 0-10 В/4-20 мА 24 16  RS485/Modbus Сенсорный экран (Touch Screen)  IP30  Шкафное, односторон- него обслуживания, ка- бельный подвод снизу Принудительное с встроенными вентиля- торами
Условия эксплуатации:
температуры эксплуатации, °C...................

влажность максимальная, %....................

высота (максимальная) над уровнем моря, м, не
более........................................

вибрация (максимальная)......................

климатическое исполнение и категория разме-
щения .......................................

От 0 до + 40

90 (без конденсации)

1000

0,5g с частотой
10-50 Гц

УХЛ.4

В качестве привода ТК могут быть использованы газовые
турбины. Сравнительная оценка показателей эффективности
газоперекачивающих агрегатов (ГПА), оснащенных быстро-
ходными электроприводами и газовыми турбинами, приведе-
на в табл. 7.12.

Годовые затраты на техническое обслуживание и планово-
предупредительный ремонт (ППР) быстроходного электро-
привода переменного тока ТК примерно в 4 раза меньше
аналогичных затрат на привод ТК с газовой турбиной. Капи-
таловложения в частотно-регулируемый быстроходный элек-
тропривод и связанное с ним электрооборудование и запча-
сти, как правило, ниже чем капиталовложения в привод с га-
зовой турбиной.

Приведенные годовые затраты на привод ТК с газовой
турбиной в 1,5 — 2 раза превышают аналогичные затраты по
сравнению с быстроходным электроприводом.

Однако в некоторых применениях газовые турбины для
привода ТК имеют определенное преимущество перед быст-
роходным электроприводом, что связано с ограничениями на
максимальную номинальную мощность быстроходных элек-
тродвигателей вследствие действия центробежных сил. По
этим причинам диаметр ротора быстроходных электродвига-
телей ограничивают до такого значения, при котором окруж-
ная скорость не превышает 270 — 300 м/с.

Выбор наиболее эффективного варианта привода ТК газо-
перекачивающего агрегата является сложной технико-эконо-
мической задачей. На выбор типа привода оказывают суще-
ственное влияние следующие факторы:

стоимость электроэнергии, отпускаемой с шин электро-
энергетической системы;

стоимость газа;

КПД частотно-регулируемого электропривода и его изме-
нения при изменении частоты вращения;

КПД газовой турбины и его изменения при изменении
частоты вращения;
Таблица 7.12

Сравнительная оценка показателей эффективности газоперекачивающих агрегатов, оснащенных быстроходными
электроприводами и газовыми турбинами

Показатель эффективности	Тип электропривода		Газотурбинный привод	Примечание
	С быстроходным ЭД	ЭД с мультипликатором		
Условия энерго- снабжения	Имеет большое преимущество в тех местах, где можно получить дешевую электроэнер- гию от АЭС, ГЭС или ТЭЦ		Имеет преимущества в мес- тах, где существует дефицит электроэнергии, т.е. в местах  добычи и переработки газа	
Категория элек- троприемников	Относится к электроприемникам, для кото- рых необходимо принятие специальных мер с целью обеспечения электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источ- ников питания		Практически исключается необходимость в подаче электр оэ н ергии, бла годаря использованию газа, транс- портируемого по магистраль- ному газопроводу	
КПД по использо- ванию энергоре- сурсов	Общий КПД вклю- чая электростан- цию, систему пере- дачи и преобразо- вания электроэнер- гии, равен 36 —37 %	Потери в мультиплика- торе снижают общий КПД электропривода примерно на 2 % по сравнению с электро- приводом на основе бы- строходного электродви- гателя	КПД равен 26 — 28 % (КПД порядка 32 % имеют турбины самолетов)	Общий КПД по ис- пользованию энерго- ресурсов для элек- тропривода с быст- роходным электро- двигателем примерно на 30 % выше, чем для газотурбинного привода
Расход транспор- тируемого газа	Отсутствует, что позволяет беречь полезный и ценный природный продукт		Расходуется в качестве топ- лива газ, транспортируемый по магистральному газопро- воду, что приводит к необхо- димости использования до- полнительных ГПА для пода- чи заданного количества газа потребителю	
Продолжение табл. 7.12

Показатель эффективности	Тип электропривода		Газотурбинный привод	Примечание
	С быстроходным ЭД	ЭД с мультипликатором		
Первоначальная стоимость	—	100 %	145 %	Экспертная оценка
Показатели на- дежности	Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч	Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч без учета мультипликатора	Из-за относительно низкой надежности по сравнению с электроприводом может быть необходимо предусмотреть большее число резервных ГПА	По экспертным оцен- кам интенсивность отказов газовой тур- бины примерно в 2,2 раза выше, чем элек- тропривода
Срок службы привода	15 — 20 лет	15 — 20 лет без учета мультипликатора	10 лет	Меньший	срок  службы газотурбин- ного привода обу- словлен воздействи- ем на последний вы- соких температур и высокой	частоты  вращения
Затраты на техоб- служивание и те- кущий ремонт	Газотурбинный привод требует существенно больших затрат на техобслужи- вание и ремонт по сравнению с электроприводом из-за необходимости час- той смены ухудшенных или разрушенных двигателей. Например, камера сгорания должна сменяться как минимум раз в году			По	экспертным  оценкам затраты до капитального ремон- та газовых турбин примерно в 10 раз больше, чем для электроприводов
Трудоемкость в эксплуатации	Количество эксплуатационного персонала при использовании электроприво- дов на 25 % меньше, чем аналогичного персонала при использовании газовых турбин			Экспертная оценка
КПД линии электропередачи от линии электроэнергетиче-
ской системы до КС;

удаленность КС от источников централизованного элек-
троснабжения;

капитальные затраты на привод;
эксплуатационные расходы и др.

При строительстве новой или реконструкции существую-
щей станции транспорта углеводородного сырья применение
регулируемого электропривода может снизить суммарные
капитальные затраты благодаря укрупнению единичной мощ-
ности перекачивающих агрегатов и уменьшения их числа.
При отсутствии регулируемого электропривода для покрытия
максимального расхода на станции устанавливают: большое
число агрегатов с меньшей единичной мощностью, что со-
пряжено с большими габаритами зданий перекачивающих
станций. Применение регулируемого электропривода позво-
ляет использовать крупные агрегаты в области малых подач.
Благодаря этому, увеличив единичную мощность агрегатов,
можно уменьшить их число и, следовательно, уменьшить га-
бариты зданий, упростить гидравлическую систему, умень-
шить число трубопроводной арматуры и число ячеек в элек-
трическом распределительном устройстве. Расчеты и практи-
ка показывают, что применение регулируемого электропри-
вода в сочетании с укрупнением единичной мощности позво-
ляет существенно (в 1,5 — 2 раза) уменьшить затраты на со-
оружение перекачивающей станции.

В связи с ограничениями на рабочие площади и большими
капитальными затратами применение регулируемого элек-
тропривода с укрупнением единичной мощности перекачи-
вающих агрегатов весьма эффективно для морских устано-
вок, добычи углеводородного сырья.

Целесообразность применения электроприводных ГПА
обусловливается также требованиями экологии (уменьшение
или полное исключение вредных выбросов КС в атмосферу);
снижение шумов и улучшение условий эксплуатации по
сравнению с газотурбинными ГПА особенно вблизи городов,
крупных населенных пунктов, лечебных баз и зон отдыха.

7.11. СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ

В настоящее время большая часть разрабатываемых ме-
сторождения нефти в России характеризуется следующими
особенностями:
низкие начальные пластовые давления;

истощенные многолетней эксплуатацией нефтяные пла-
сты, требующие использования методов механизированной
добычи;

альтернативные системы механизированной добычи (на-
пример, поршневые, гидравлические насосы, системы газ-
лифта), являющиеся технически более сложными и менее
эффективными.

СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ
ЭЛЕКТРОНАСОСОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ

В настоящее время до 60 % нефти в России и до 70 % неф-
ти в Западной Сибири (общее число эксплуатирующихся
скважин — более 20000) добывается механизированным спо-
собом с использованием установок электроцентробежных
насосов (УЭЦН).

Одни из существенных недостатков этого способа добычи
состоит в том, что при отказе УЭЦН затраты на спускоподъ-
емные операции и последующий ремонт практически дости-
гают стоимости новых установок. Вопросы надежности по-
гружного оборудования приобретают в этих условиях особую
остроту.

Большая часть применяемых на нефтепромыслах станции
управления ЭЦН добычи нефти серии ШГС морально уста-
рела и не удовлетворяет современным требованиям нефтяной
отрасли по управлению и автоматизации процесса добычи.
Кроме того, им присущи все недостатки прямого пуска (вы-
сокий пусковой ток и механические ударные нагрузки) по-
гружного электродвигателя, которые в значительной мере
сокращают продолжительность безаварийной работы уста-
новки.

Замена разработанных ранее станций управления серии
ШГС на современные с частотно-регулируемым электропри-
водом позволяет:

увеличить межремонтный период и наработку на отказ
УЭЦН;

реализовать плавный пуск и останов насоса, регулирова-
ние производительности при изменении дебита скважины с
целью предотвращения его неэффективной работы;

обеспечить управление широким классом погружных
электродвигателей как отечественного, так и зарубежного
производства мощностью до 500 — 600 кВт;

устранить негативное влияние большого пускового тока на
электродвигатель и ударных механических нагрузок, сопутст-
вующих прямому пуску;

увязать в единую автоматизированную систему технологи-
ческий процесс добычи нефти — от скважины до товарного
парка;

увеличить объем добычи нефти без замены оборудования
путем повышения частоты питающего напряжения выше 50 Гц;

обеспечить временный вывод скважины из эксплуатации
без опасности ее парафинирования;

реализовать раскачку и плавный вывод скважин на режим;

разрабатывать законсервированные малодебитные сква-
жины (10—15 м3/сут), которых в России насчитывается более
3 тыс.

Таким образом, современную станцию управления по-
гружным насосом можно рассматривать как интеллектуаль-
ное электротехническое устройство, позволяющее контроли-
ровать рабочие параметры добычи, осуществлять обмен дан-
ными по сети с верхними уровнями АСУ ТП и гибко управ-
лять процессом нефтедобычи.

На нефтяных промыслах России в настоящее время нашли
применение станции управления электроцентробежных насо-
сов (СУ ЭЦН) добычи нефти отечественных изготовителей
(ОАО «Борец», Алнас в содружестве с корпорацией «Триол»,
«ЭЛЕКТОН»), Станции управления ЭЦН может быть изго-
товлена в двух вариантах для ЭЦН, оснащенного асинхрон-
ным или вентильным двигателем.

Среди иностранных компаний доминирующее положение
занимают компании «Reda» и «Centrilift» (США).

Станции управления погружных электронасосов добычи
нефти серии Электон-5. Основная область применения стан-
ций — управление и защита погружных электронасосов до-
бычи нефти, оснащенных двигателями серии ПЭД мощно-
стью от 15 до 400 кВт. По согласованию с разработчиками
станции управления могут быть использованы для питания
электронасосов с вентильными двигателями, электродвигате-
лей винтовых насосов и др.

В состав серии входят семь типоразмеров СУ, рас-
считанных на номинальные токи 160, 250, 400, 630, 800, 1000,
1250 А.

Станции управления обеспечивают работу электропривода
в следующих режимах:

поддержание выходной частоты;

поддержание тока двигателя;

работа по заданной программе;
поддержание заданного параметра (давления, температуры
или любого другого по сигналу на аналоговом входе) с помо-
щью встроенного ПИД-регулятора.

Силовая часть серийного ряда СУ построена по единой
схеме и представляет собой двухступенчатый преобразова-
тель энергии трехфазного тока сети в энергию трехфазного
тока с регулируемыми напряжением и частотой.

Преобразователь частоты выполнен по схеме управляемый
тиристорный выпрямитель — промежуточное LC-звено —
ШИМ инвертор на IGBT. Напряжение на выходе ПЧ форми-
руется как методом ШИМ, так и АИМ путем изменения
уровня напряжения на выходе управляемого выпрямителя.

Модули тиристоров и IGBT в каждом исполнении СУ ус-
тановлены на алюминиевые охладители, на которых вмонти-
рованы датчики температуры. При достижении предельно
допустимого нагрева радиатора сигнал от этих датчиков по-
ступает в систему управления, которая формирует сигнал
аварии с выдачей соответствующего сообщения на индикатор
пульта управления,

Для обеспечения функций управления, защит и контроля
СУ оснащена датчиками тока и напряжения.

Система управления включает в себя два контроллера, ис-
точники питания контроллеров, драйверы управления IGBT и
тиристорами силового выпрямителя, блок управления обду-
вом (обогревом), устройство измерения сопротивления изо-
ляции.

Контроллер Электон-09.1 обеспечивает просмотр текущих
параметров, просмотр и изменение уставок, управление ре-
жимом СУ.

Контроллер Электон-09.2 обеспечивает работу силового вы-
прямителя, формирование напряжения и выходных токов ПЧ.

Технические характеристики станций управления
погружных электронасосов добычи нефти серин Электон-05

Напряжение питающей сети, В...............

Частота тока питающей сети, Гц............

Выходное напряжение.......................

Выходная частота, Гц......................

Ток перегрузки, % от номинального значения, в
течение 5 мин.............................

КПД при номинальном токе, не менее .......

Коэффициент мощности сети, не менее.......

Коэффициент нелинейных искажений выходных
токов, %, не более........................

Степень защиты оболочки...................

Климатическое исполнение..................

Средний ресурс, ч, не менее...............

Средняя наработка на отказ, ч, не менее...

3x380 ± 15 %

50

3 фазы от 0 до 0,95
входного напряжения

3,5-75 +0,1 %

125

0,95

0,95

5

IP43

УХЛ1, УХЛ3.1

20000

8000
Программное обеспечение системы управления построено
по принципу меню, содержащего следующие разделы:

1.	Текущие параметры.

2.	Состояние входов.

3.	Уставки и защиты.

4.	Настройка ПЧ.

5.	Настройка дополнительных входов.

6.	Настройка релейных входов.

7.	Записная книжка.

8.	Дополнительные настройки.

9.	Установка паролей.

10.	Меню технолога.

11.	Дата и время.

12.	Архив событий.

Каждый раздел, в свою очередь, содержит определенный
набор функций. Для отображения каждой функции меню на
дисплее контроллера отводится две строки, причем на дис-
плее отображаются две функции одновременно.

В разделе «Текущие параметры» на индикаторе отобра-
жаются следующие режимы или величины, характеризующие
работу СУ:

режим работы: ручной или автоматический;

состояние: «Работа» или «Стоп»;

время работы;

направление вращения двигателя: прямое или обрат-
ное;

выходная частота;

фазные токи двигателя и СУ;

дисбаланс токов;

порядок чередования фаз напряжений на выходе СУ;

напряжение и ток звена постоянного тока ПЧ;

выходное напряжение СУ;

линейные напряжения на входе СУ;

выходное напряжение на вторичной обмотке трансформа-
тора;

активная и полная мощность на выходе СУ;

коэффициент мощности СУ;

загрузка СУ в % по отношению к номинальной активной
мощности;

температура охладителей силовых полупроводниковых
приборов;

значение сопротивления изоляции цепи трансформатор —
погружной кабель — двигатель;

частота турбинного вращения.
Функции раздела «Состояние входов» отображают раз-
личные величины, измеряемые внешними датчиками. Это мо-
гут быть сигналы датчиков системы погружной телеметрии
или другие нормализованные сигналы 0 — 4,1 В; 0—10 В или
4 — 20 мА. В системе контроля СУ предусмотрены: датчики
температуры; датчики вибрации в трех взаимно перпендику-
лярных направлениях, входящие в состав погружной теле-
метрии; датчики электрической блокировки двери силового
отсека СУ; состояния релейных входов и выходов.

Функции раздела «Уставки и защиты» позволяют про-
граммными средствами устанавливать уставки защит от: пе-
регрузки, недогрузки, дисбаланса токов фаз, время-токовой,
снижения сопротивления изоляции ниже установленного
уровня, превышения частоты выше установленного уровня
и др.

Функции раздела «Настройка ПЧ» позволяет задавать на-
правление вращения двигателя; режим пуска (плавный, с син-
хронизацией, толчковый или раскачкой) (рис. 7.16); форму

Рнс. 7.16. Графики режимов пуска электродвигателя, реализуемые СУ
Электон-05:

а — плавный: б - с синхронизацией; в — толчковый; г — с раскачкой
характеристики U/f, аппроксимируемой тремя отрезками
прямых; тип и параметры регулятора; тип и частоту моду-
ляции.

Функции разделов «Настройка дополнительных входов»,
«Настройка релейных входов» обеспечивают задание одного
из возможных стандартных диапазонов изменения значения
аналогового входного сигнала: 0 — 4,1 В; 0—10 В; 4 — 20 мА, а
также верхних и нижних границ диапазона изменения изме-
ряемых величин. Для дискретных выходов — задание одного
из вариантов событий, при наступлении которого замкнутся
(разомкнутся) контакты реле на релейном выходе. Такими
событиями могут быть: СТОП, РАБОТА, АВАРИЯ и др.

Функции раздела «Записная книжка» служат для введения
в память контроллера номеров месторождения, куста сква-
жин, скважины; паспортных значений и заводских номеров
ПЧ, двигателя, насоса и трансформатора; индикации суммар-
ного времени работы и простоя станции; количества пусков
установки и др.

Функции раздела «Дополнительные настройки» служат:
для задания интервала времени записи параметров работы
СУ в память как во время работы двигателя, когда все пара-
метры находятся в допустимых пределах (вне зон срабатыва-
ния защит), так и в случае, если какой-либо параметр или
несколько их оказываются в зоне срабатывания соответст-
вующей защиты.

Функции устанавливают также протокол и скорость обме-
на данными между контроллерами управления внешними
устройствами по интерфейсу RS485,

Функции раздела «Меню технолога» предназначены для
расположения функций из разделов «Текущие параметры» и
«Состояние входов» в удобную для оперативного просмотра
последовательность. • В данном разделе в произвольном поряд-
ке можно разместить 12 функций.

В разделе «Архив событий» содержится информация о
включениях и отключениях напряжения, пусках и остановах
двигателя с указанием времени и даты. Кроме того, возможен
просмотр параметров работы СУ непосредственно перед ос-
тановкой двигателя.

Станции управления ЭЦН серии Борец-04 управляются
при помощи 16-разрядного однокристального контроллера
типа КВАНТ-1. Основные функции, реализуемые СУ, анало-
гичны станции управления Электон-05.

СУ обеспечивает защиту оборудования при перегрузках и
недогрузках по току, от повышения и понижения напряже-
ния силового питания, при дисбалансе напряжений фаз и то-
ков, от понижения сопротивления изоляции, при перегреве
обмотки двигателя, от повышенной вибрации насосной уста-
новки и др.

Благодаря наличию ПЧ СУ осуществляет следующие
функции:

плавный разгон и торможение двигателя;

оптимизацию режима работы скважины по сигналам под-
земной телеметрии, или без нее по специальной программе;

автоматическое удаление газовых пробок в насосной уста-
новке;

вывод насосной установки на заданную частоту по про-
грамме и др.

Сообщения о режимах работы СУ, причинах ее отключе-
ния, состоянии оборудования скважины выводятся на 4-
строчечный жидкокристаллический дисплей, расположенный
на лицевой панели двери станции.

Технические характеристики станций управления серии Борец-04

Номинальные напряжения сети.....................

Номинальный ток, А..............................

Мощность подключаемого электродвигателя, кВт....

Температурный диапазон, °C......................

Диапазон регулирования частоты на выходе ПЧ, Гц.

Степень защиты оболочки.........................

3x380 В, 50 Гц
400, 630, 800, 1000
160, 250, 320, 400
От — 60 до + 60

От 3 до 70

IP54

Станции управления электроприводами насосов добычи
нефти с вентильными двигателями. С 1995 г. в России ведут-
ся работы по созданию и совершенствованию электроприво-
дов для установок погружных центробежных и винтовых
насосов добычи нефти на базе вентильных двигателей.

Современные вентильные двигатели, имеющие ротор с по-
стоянными магнитами, характеризуются высокой плотностью
магнитного потока в воздушном зазоре, большим соотноше-
нием между электромагнитным моментов и моментов инер-
ции, малыми пульсациями момента во всем диапазоне регу-
лирования скорости вплоть до низких скоростей, а также
возможностью управлять моментом при неподвижном рото-
ре. Они имеют хороший коэффициент мощности и компакт-
ное исполнение, обеспечивают высокие статические и дина-
мические характеристики.

Вентильные привода обладают по сравнению с асинхрон-
ными более высокими функциональными, ресурсными и
энергетическими характеристиками, поэтому их применение
и в нефтяном оборудовании, особенно в таком массовом, как
установки погружных центробежных и винтовых насосов,
обеспечит повышение эффективности этого вида добычи
нефти.

ООО «РИТЕК-ИТЦ» (Россия) разработал вентильный при-
вод для серийных погружных центробежных насосов добычи
нефти с диапазоном частоты вращения 500 — 3500 об/мин. В
конструкции вентильных двигателей применены материалы,
комплектующие изделия и отработанные технические реше-
ния, которые в настоящее время используются в лучших кон-
струкциях асинхронных погружных электродвигателей типа
ПЭД. Вентильные электродвигатели имеют присоединитель-
ные размеры, обеспечивающие использование в их комплек-
те гидрозащиты и подсоединение кабельных муфт, приме-
няемых в серийных погружных электродвигателях.

Технические характеристики вентильных электродвигате-
лей номинальной частоты вращения 3000 об/мин приведены
в табл. 7.13.

Таблица 7.13

Технические характеристики вентильных электродвигателей серии ВД*

Тип электродви- гателя	Мощ- ность, кВт	Напря- жение, В	Номи- нальный ток, А	КПД, %	Диа- метр, мм	Дли- на, мм	Мас- са. кг
ВД16-117В5	16	800	14,5	91,0	117	1717	117
ВД24-117В5	24	1150	14,5	91,0		2097	146
ВД32-117В5	32	1100	21,0	92,0		2477	169
ВД40-117В5	40	1400	21,0	92,0		2857	196
ВД48-117В5	48	1300	25,5	93,0		3237	227
ВД56-117В5	56	1550	25,0	93,0		3617	249
ВД64-117В5	64	1750	25,0	93,0		3997	278
ВД125-117В5	125	2000	39,0	93,5		7037	506
ВД12-103В5	12	624	14,0	90,5	103	1271	65
ВД16-103В5	16	923	12,0	91,5		1618	85
ВД22-103В5	22	1234	12,5	91,5		1965	105
ВД28-103В5	28	1086	18,5	91,5		2312	125
ВД32-103В5	32	1290	17,0	92,0		2659	145
ВД40-103В5	40	1529	18,5	92,0		3006	165
ВД45-103В5	45	1740	18,5	92,0		3353	185
ВД55-103В5	55	1541	25,0	92,0		4047	225
ВД65-103В5	65	1844	25,0	92,0		4741	265
ВД75-103В5	75	1711	31,0	92,5		5435	305
ВД90-103В5	90	1975	32,0	92,5		6129	345
ВД16-92В5	16	600	21,0	90,0	92	2445	227
ВД24-92В5	24	800	22,5	90,0		3163	249
ВД32-92В5	32	1050	23,0	89,5		3881	278
'Коэффициент мощности двигателей cos <р				= 0,99.			
Для электроприводов погружных насосов добычи нефти,
оснащенных вентильными двигателями, ООО «Борец» разра-
ботаны станции управления серии Борец-ВД: Борец-ВД40,
Борец-ВД80, Борец-ВД250.

Помимо регулирования подачи, центробежных насосов,
станции управления обеспечивают:

защиту электродвигателя и насоса от недопустимых и ава-
рийных режимов;

плавный разгон и торможение двигателя;

возможность оптимизации режима работы скважины по
сигналам подземной телеметрии или без нее по специальной
программе;

автоматическое удаление газовых пробок в насосной уста-
новке;

работу в скважинах с нестабильной подачей;

эксплуатацию скважин при работе погружной установки в
периодическом режиме с высоким ресурсом механического
и электрического оборудования;

освоение скважин после ремонта без остановки ЭЦН для
охлаждения двигателя и др.

Кроме того, по сравнению с асинхронным двигателем,
вентильный двигатель имеет преимущества: перегрузочная
способность больше на 10 — 20 %, КПД — на 4 —б %, коэффи-
циент мощности — на 25 — 30 %, потери энергии в подводя-
щем кабеле меньше на 25 — 30 %, а габариты и масса — на
30-35 %.

Погружные насосы, оснащенные вентильными двигателя-
ми, весьма перспективны для применения в скважинах с вяз-
кой нефтью, повышенным содержанием механических при-
месей, нестабильной подачей, малодебитных, со сложными
условиями эксплуатации, после гидроразрывов и других спо-
собов увеличения добычи.

Технические характеристики станции управления серии
Борец-ВД приведены в табл. 7.14.

Станции управления ЭЦН серии Триол ВТ04. Корпорация
«Триол» осуществляет выпуск станций для управления при-
водами погружных электроцентробежных насосов добычи
нефти, оснащенных асинхронными короткозамкнутыми и
вентильными двигателями мощностью от 22 до 90 кВт.

Для электронасосов с асинхронными двигателями исполь-
зуются ПЧ серии Триол АТ04, с вентильными двигателями —
объектно ориентированные ПЧ серии Триол ВТ04.

Силовой канал серии Триал ВТ04 содержит трехфазный
мостовой полууправляемый диодно-тиристорный выпрями-
412
Таблица 7.14

Технические характеристики станции управления серин Борец-ВД

Параметры	Тип станции управления		
	Борец-ВД40	Борец-ВД80	Борец-ВД250
Номинальное напряжение питания, В	380	380	380
Частота питающего напря- жения, Гц	50	50	50
Мощность подключаемого двигателя, кВт	8-32	8-72	96 - 200
Диапазон регулирования час-	От 250	От 250	От 250
тоты вращения, об/мин	до 6000	до 6000	до 6000
Степень защиты	IP43	IP43	IP43
Температурный диапазон, °C	От -60 до +60	От -60 до +60	От —60 до +60

тель, IGB-транзисторный широтно-импульсный регулятор на-
пряжения звена постоянного тока и трехфазный АИН (ком-
мутатор вентильного двигателя). График напряжения на
выходе АИН — кусочно-ступенчатый. АИН управляется мно-
гофункциональной микропроцессорной системой управления,
которая обеспечивает: взаимосвязанное регулирование на-
пряжения и частоты на зажимах статора двигателя; защиту от
токов к.з., недогрузки и перегрузки: защиту от недопустимых
отклонений напряжения сети, технологические защиты и др.

Регулирование частоты вращения и момента двигателя
осуществляется путем определения положения ротора двига-
теля и управления АИН в режиме 120 эл. град, коммутации.
Положение ротора определяется косвенно измерением на-
пряжения на одной из фаз двигателя в моменты, когда ток в
ней равен нулю, а переключение ключей АИН происходит в
моменты, когда измеренное напряжение переходит через
нуль.

Поскольку в начальный момент пуска положение ротора
неизвестно, то пуск двигателя осуществляется в асинхронном
режиме при пониженном напряжении на зажимах статора
(менее 50 В).

Устройство ввода-вывода имеет набор аналоговых и дис-
кретных входов-выходов, канал последовательной связи
RS485. Во входные и выходные цепи включены устройства
гальванической развязки для потенциального разделения с
силовыми и внешними управляющими цепями.
Технические характеристики СУ вентильного электропривода серин
Триол ВТ04

Шкала мощностей, кВт.......................

Питающая сеть (с заземленной либо изолированной
нейтралью).................................

Выходная частота, Гц.......................

Выходное напряжение (максимальное значение
программируется)...........................

Ток перегрузки.............................

Коэффициент полезного действия (без двигателя),
не менее ..................................

Коэффициент мощности (сети), не менее......

Кратковременное допустимое отклонение напря-
жения питающей сети, при котором электропривод
сохраняет работоспособное состояние, %.....

22-90

3x380 В, + 10 %, - 15 %
0-200

Зх(0 —380 В) ±2 %
150 % от номинального
значения в течение 60 с

0,95

0,95

-40

СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ

На нефтедобывающих предприятиях России в настоящее
время эксплуатируются более 100 тыс. скважин, оснащенных
штанговыми насосными установками с электродвигателями
мощностью от 1,5 до 45 кВт.

Режим работы большей части штанговых насосов регули-
руется изменением длины хода плунжера насоса путем пере-
становки пальцев на кривошипе или изменением числа ходов
путем замены сменных шкивов на валу приводного двигателя.
Это повышает трудоемкость работ и требует остановки стан-
ка-качалки, что приводит к снижению производительности, а
в ряде случаев при длительных остановках — к образованию
песчаных пробок, заклиниванию плунжера и другим послед-
ствиям. Кроме того, при таком изменении режима откачки
жидкости может нарушиться уравновешенность станка-
качалки. Успешное решение задач, возникающих при экс-
плуатации насосных скважин с регулируемым режимом ра-
боты, становится возможным на основе применения регули-
руемого электропривода, который позволяет плавно перехо-
дить с одного режима работы на другой без остановки сква-
жины.

Регулируемый электропривод для станков-качалок целесо-
образен также по следующим причинам:

1.	В начальный период эксплуатации скважины должен
быть установлен оптимальный режим отбора жидкости. Для
установления такого отбора нужно плавно изменять частоту
ходов насоса, меняя темп отбора жидкости из скважины и
определяя ее дебит при каждом новом положении динамиче-
ского уровня.
2.	С течением времени по мере добычи производитель-
ность скважины начинает уменьшаться, все более отклоняясь
от оптимальной. Длительная эксплуатация в оптимальном
режиме может быть обеспечена при применении регулируе-
мого электропривода. Как правило, скважину останавливают
и извлекают из нее насос для ремонта при уменьшении
его подачи в 2 раза по сравнению с начальным значением.
Применение регулируемого электропривода позволяет увели-
чить межремонтные периоды и снизить эксплуатационные
затраты.

3.	Имеется ряд скважин, для которых нужно постепенно
увеличивать частоту ходов насоса вследствие наличия боль-
шого содержания песка в откачиваемой жидкости.

4.	Благодаря плавным пускам электродвигателя значитель-
но снижаются динамические нагрузки в элементах установки
и повышается надежность.

Станции управления для станков-качалок, оснащенных
частотно-регулируемыми электроприводами, выпускаются
рядом отечественных и зарубежных фирм, например, корпо-
раций «Триол» (РФ), концерном АВВ и др.

Станция управления СУС Триол 01 предназначена для:

управления и защиты электродвигателя, а также техно-
логического оборудования станка-качалки в аварийных ре-
жимах;

изменения параметров автоматического регулирования
режимов работы;

получения и передачи текущей информации о состоянии
станка-качалки при помощи средств телекоммуникаций.

В состав станции управления входят силовой блок под-
ключения, управляющий блок ввода-вывода, преобразователь
частоты, блок фильтра подавления радиопомех БФ1, средст-
ва телекоммуникации для сбора и передачи информации,
пульт дистанционного управления. Последние три компонен-
та поставляются по заказу.

Станция управления обеспечивает:

включение и отключение электродвигателя в ручном
(пуск-стоп) и автоматическом (по таймеру) режимах;

плавный пуск электродвигателя;

плавное бесступенчатое регулирование частоты вращения
двигателя (частоты ходов насоса) в пределах от 0 до номи-
нального значения;

возможность задания различных скоростей подъема и
опускания штока станка-качалки в пределах одного цикла
качаний (внутриходовая модуляция);
работу в режиме периодической эксплуатации по про-
грамме с заданием времени работы и паузы по таймеру;

изменение и индикацию основных параметров режима
работы электродвигателя (ток, напряжение, частота);

защиту электродвигателя от к.з., токовой перегрузки, не-
догрузки, недопустимого отклонения напряжения питающей
сети от номинального с последующим программируемым ав-
томатическим перепуском после окончания действия аварии;

построение экспериментальных динамограмм;

индикацию и запись в журнал причин аварии;

определение производительности установки;

оценку динамики изменения дебита скважины;

часовой (последние 24 ч) и суточный (последние 30 сут)
архивы дебита;

контроль балансировки станка-качалки с помощью встро-
енного амперметра.

Технические характеристики станции управления СУС Трнол 01

Питающая сеть с заземленной либо изолированной
нейтралью............................... 3x380 В, +10%, —15%

Диапазон мощностей управляемых асинхронных

к.з. двигателей, кВт.................... 5,5 — 37

Ток перегрузки.......................... 150 % в течение 60 с

Коэффициент мощности (сети), не менее... 0,95

Кратковременное допустимое отклонение напряже-

ния питающей сети, при котором станция сохраня-

ет работоспособное состояние, %................ —40

Рабочая температура, °C.......................... От	+40 до —60
Глава 8

УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА
И ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

8.1.	ПРЕИМУЩЕСТВА УСТРОЙСТВ ПЛАВНОГО ПУСКА
ПО СРАВНЕНИЮ С ТРАДИЦИОННЫМИ
ПУСКОВЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Наиболее распространенным в промышленности типом
электродвигателей является асинхронный электродвигатель с
короткозамкнутым ротором. Эти двигатели экономичны, про-
сты по конструкции и надежны в эксплуатации. Существен-
ными недостатками АД являются высокие (до 6 —8-кратного
от номинального значения) пусковые токи и значительное
снижение момента АД (пропорционально квадрату прило-
женного к статору напряжения).

Прямой пуск АД, при котором на статор подается номи-
нальное напряжение сети, характеризуется значительными
динамическими моментами в начальной стадии переходного
процесса, которые могут значительно превышать критиче-
ский момент статической механической характеристики.
Пусковой момент АД в переходном режиме может оказаться
знакопеременным, принимая на отдельных интервалах вре-
мени отрицательные значения.

Указанные факторы отрицательно влияют на механиче-
скую часть электропривода, вызывая удары в кинематиче-
ской цепи особенно при наличии зазоров. При этом возни-
кают также нежелательные динамические режимы в техноло-
гическом процессе, например, гидравлические удары в тру-
бопроводах перекачки жидкости (газа), что может привести к
возникновению аварий, снижению надежности и срока
службы запорной арматуры и технологического оборудо-
вания.
Устройства пуска, принцип действия которых основан на
переключении обмотки статора двигателя со звезды на тре-
угольник, являются недорогими, однако их эффективность ог-
раничена. Наиболее существенные ограничения следующие:

отсутствует контроль за изменением пускового тока и мо-
мента двигателя;

при переключении обмотки со звезды на треугольник мо-
гут возникнуть высокие значения тока и момента, что может
послужить причиной перегрузок и повреждения оборудова-
ния. Высокие значения тока и момента возникают в связи с
тем, что при переключениях ЭДС двигателя может оказаться
в противофазе с напряжением сети, в результате чего могут
возникнуть ток и момент двигателя, значительно превышаю-
щие их значения при пуске.

Пусковые устройства с авторансформатором обеспечива-
ют некоторые возможности контроля тока и момента двига-
теля по сравнению с переключением со звезды на треуголь-
ник. Однако при таком пуске напряжение прикладывается на
обмотку двигателя скачкообразно.

К недостаткам автотрансформаторного пуска можно от-
нести:

высокие значения переходных моментов и токов двигате-
ля, обусловленных скачкообразным изменением напряжения
на зажимах статора;

ограниченное число ступеней переключения выходного
напряжения, что не позволяет обеспечить требуемый закон
изменения напряжения на зажимах статора;

высокую стоимость оборудования, требуемого для исполь-
зования в условиях частых и продолжительных пусков;

невозможность обеспечить эффективные пуски при по-
ниженном напряжении сети, а также и для рабочих машин с
изменяющимися требованиями к пусковому моменту.

Устройства для пуска двигателя с резисторами в цепи ста-
тора также представляют некоторые дополнительные воз-
можности управления по сравнению с пуском двигателя пе-
реключением обмотки со звезды на треугольник. Тем не ме-
нее, им присущи некоторые недостатки, снижающие эффек-
тивность применения этих устройств. К числу этих недостат-
ков можно отнести:

сложность технической реализации оптимизации процесса
пуска, связанная с изменением сопротивления в силовой
цепи;

влияние нагрева пусковых сопротивлений на режим пус-
ка, особенно при частых и тяжелых пусках;
невозможность обеспечить эффективный пуск при пони-
женном напряжении сети в условиях нагрузок с изменяю-
щимися требованиями к режиму пуска;

пиковый характер изменения момента двигателя при за-
корачивании ступеней пускового сопротивления.

Кроме того, все традиционные способы пуска (автотранс-
форматорный, переключением обмотки статора со звезды на
треугольник и др.) имеют следующий общий недостаток: не
обеспечивают согласование параметров двигателя с конкрет-
ной проблемой плавного пуска, хотя они могут уменьшить
пусковой ток, но другие требования, такие как ограничение
ускорения, изменение разгона (торможения) по заданному
закону, получение требуемого значения пускового тока, они
выполнить не могут.

Указанные недостатки оказывают неблагоприятное дейст-
вие на питающую сеть, а при прямом пуске АД от автоном-
ного источника питания мощность последнего должна в 4 —
5 раз превышать мощность двигателя. Кроме того, скачкооб-
разное приложение момента при пуске приводит к ударам в
элементах передаточного механизма и снижению его долго-
вечности.

При прямом пуске АД мощностью от 45 до 400 кВт
допускается только продолжительный режим работы (режим
S1 по ГОСТ 183 — 74), т.е. два последовательных пуска (с ос-
тановкой между ними) из холодного состояния или один
пуск из нагретого состояния при работе в номинальном ре-
жиме.

Кроме того, по ГОСТ 28327 — 89 прямой пуск имеет огра-
ничение по значению момента инерции, приведенного к валу
двигателя.

Применение устройства плавного пуска и торможе-
ния (УППТ) обеспечивает плавный пуск АД с ограничением
пускового тока и углового ускорения, защиту от механи-
ческих ударов исполнительного механизма, позволяет регу-
лировать время разгона и торможения электропривода.

Устройство плавного пуска и торможения (софтстартер)
представляет полупроводниковое переключающее устройство
(регулятор напряжения), обеспечивающее плавный пуск и
торможение асинхронных короткозамкнутых двигателей. Оно
объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты
двигателя и механизма, а также связи с системой автомати-
зации верхнего уровня.

При комплектации электропривода УППТ делает ненуж-
ным поставку тепловых реле, датчиков тока и напряжения,
Таблица 8.1

Сравнительная характеристика различных способов пуска
асинхронных короткозамкнутых двигателей

Параметр	Традиционные способы пуска				Пуск от софт- стартера
	Пря- мой пуск от сети	Авто- транс- форма- торный	С доба- вочным сопротив- лением в цепи ста- тора	Переклю- чением обмотки статора со звезды на треуголь- ник	
Пусковой ток из сети, % от пус- кового тока	100	30, 40 или 64	58-70	33	Регулируемый, максимальное значение 90 %
Относительное значение пуско- вого момента, %	100	30, 40 или 64	33-50	33	Регулируемый, максимальное значение 90 %
Число ступеней пуска	1	4, 3 или 2	3 или 2	2	Плавный бес- ступенчатый пуск
Число выводов статорной об- мотки	3	3	3	6	3
Примерное зна- чение пускового тока, доля от номинального	7	2,1 или 2,9 или 4,5	4,2-4,9	2,35	Регулируемый, максимальное значение 4,0-5,0

реле времени, регуляторов тока, устройств связи с системой
автоматизации верхнего уровня.

Отличительными особенностями УППТ являются: ком-
пактность, простота монтажа и ввода в эксплуатацию, широ-
кие возможности регулирования параметров пусковых и
тормозных режимов, настраиваемых программными средст-
вами, множество функций защит и контроля, энергосбере-
жения при неполной нагрузке, адаптация для индивидуально-
го применения к конкретной рабочей машине, простота ком-
поновки в АСУ ТП верхнего уровня и др.

Диаграмма пуска АД, реализуемая УППТ, оптимальным об-
разом соответствует требованиям рабочей машины. При этом
осуществляется ограничение пускового тока. Дополнительные
функциональные возможности позволяют проводить монито-
ринг пускового тока, момента, ускорения (замедления), а
также регулировать их в процессе пуска (торможения).

Устройства плавного пуска имеют множество применений:
насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и конвей-
еры, тяжело нагруженные и инерционные механизмы, меха-
низмы с ременной, цепной и другими видами передаточных
механизмов. При этом улучшаются условия эксплуатации
двигателей, пускозащитной аппаратуры и сети электроснаб-
жения, увеличивается срок службы АД и др.

Сравнительная характеристика различных способов пус-
ка асинхронных короткозамкнутых двигателей приведена в
табл. 8.1.

8.2.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Устройство плавного пуска и торможения (софтстартер)
является электронным устройством, с помощью которого ре-
гулируется напряжение на зажимах статора двигателя. Из-
менение напряжения осуществляется путем регулирования
угла отпирания тиристоров, включенных по схеме параллель-
но встречного соединения в каждой фазе обмотки статора
двигателя. Функциональная электрическая схема УППТ при-
ведена на рис. 8.1, на котором приняты следующие обозна-
чения:

ТК — тиристорный коммутатор;

АД — асинхронный электродвигатель;

СУ — система управления, включающая в себя формиро-
ватели управляющих импульсов;

ФИ — драйверы, служащие для управления тиристорами,
а также гальванического разделения силовых цепей и цепей
управления;

МК — микроконтроллер;

УВВ — устройство ввода-вывода;

ПУ — пульт управления;

ИП — источник питания;

ДТ1, ДТ2 — датчики тока, предназначенные для контроля,
регулирования пускового тока и защиты от токов перегрузки
и к.з.;

ДН1, ДН2 — датчики напряжения, предназначенные для
защиты от недопустимого превышения и снижения напряже-
ния и регулирования напряжения на зажимах статора АД.

Микроконтроллер — «сердце» УППТ, управляет отпира-
нием тиристоров, работой встроенных в УППТ реле, выпол-
няет функции программной защиты и контроля как самого
УППТ, так и двигателя. Блок ФИ подает на тиристоры отпи-
рающие импульсы в моменты, сдвинутые на изменяемый угол
а относительно момента естественной коммутации, благодаря
Рис. 8.1. Функциональная схема устройства плавного пуска н торможения

чему напряжение на выходе УППТ изменяется от U = {/„ом
при а = 0 теоретически до нуля (а = 180°). Запирание тири-
сторов происходит естественно — при изменении полярности
напряжения на его зажимах анод-катод.

Принципиальная электрическая схема управления элек-
тродвигателя с помощью УППТ Altistart 48 компании
«Schneider Electric» показана на рис. 8.2, на котором пред-
ставленные аппараты выполняют следующие функции: Q1 —
автоматический выключатель для защиты УППТ от коротких
замыканий; Q3 — полупроводниковые быстродействующие
предохранители для защиты тиристоров от коротких замыка-
ний; КМ1 — сетевой контактор, рассчитанный на пусковой
ток двигатели и выполняющий при отключении также функ-
ции контактора изолирования двигателя от сети; КМЗ — об-
ходной (байпасный) контактор, рассчитанный на номиналь-
ный ток двигателя и служащий для шунтирования УППТ по-
сле завершения пуска двигателя.

На клеммнике А1 УППТ имеются выводы четырех логиче-
ских входов, два из которых (RUN и STOP) зарезервированы
для команд пуска и останова двигателя. Их включение воз-
можно по схемам: 2-проводного управления, при котором ко-
манды пуска и останова задаются одним дискретным входом
Рис. 8.2. Принципиальная схема управления электродвигателя от устройст-
ва плавного пуска и торможения

(пуск в состоянии «1» и останов в состоянии «О»); 3-про-
водного управления, при котором команды пуска и останова
задаются двумя различными дискретными входами (останов
происходит при состоянии «О» входа STOP, а импульс на вхо-
де RUN сохраняется до открытия входа STOP).

Два дискретных входа LI3 и LI4 могут быть сконфигуриро-
ваны программными средствами для следующих функций:
останов на выбеге, предварительный подогрев двигателя,
блокировка всех защит, сброс всех неисправностей, последо-
вательный (каскадный) пуск двигателей одинаковой мощно-
сти от одного УППТ, выбор второго комплекта параметров
для раздельного во времени управления двух двигателей раз-
личной мощности с помощью одного УППТ.

Пусковое устройство располагает двумя конфигурируемы-
ми дискретными выходами LO1 и LO2, позволяющими пере-
давать следующую информацию о состояниях или событиях:
сигнализация о перегреве двигателя, двигатель запитан, сиг-
нализация перегрузки двигателя, сигнализация недогрузки
двигателя, сигнализация состояния терморезисторов тепловой
защиты двигателя, второй комплект параметров двигателя
активен.

Пусковое устройство содержит три встроенных реле, из
которых два конфигурируемые.

Реле окончания пуска R2 (неконфигурируемое), оно слу-
жит для управления шунтирующим контактором. Реле акти-
визируется после окончания пуска и выключается по коман-
де останова, а также при неисправностях. В этом случае
УППТ отрабатывает команду торможения или замедления.

Реле R1 может быть сконфигурировано в качестве:

реле неисправности. Оно активно, когда УППТ запитано и
функционирует в нормальном режиме. Реле R1 выключается
при появлении неисправности, при этом двигатель переходит
к торможению в режиме свободного выбега;

реле изолирования. При этом контакт реле R1 замыкается
при подаче команды RUN и размыкается по команде STOP, а
также при неисправности. Сетевой контактор в этом случае
выключается, и двигатель изолируется от сети.

Реле R3 конфигурируется для сигнализации о тех же со-
стояниях и событиях, что и дискретные выходы LO3 и LO2.

Аналоговый выход АО1 позволяет отображать следующие
величины: ток, потребляемый двигателями от сети; момент на
валу двигателя; тепловое состояние двигателя; коэффициент
мощности cos <р; активную мощность и др. По умолчанию АО
настроен на отображение тока АД. Выходной аналоговый сиг-
нал может быть представлен в четырех вариантах: 0—10 В,
2-10 В, 0-20 мА, 4-20 мА.

Пульт управления УППТ обеспечивает возможность выбо-
ра языка и ведения диалога на английском, немецком, италь-
янском и испанском языках (УППТ компании «Schneider
Electric»).

8.3.	ДИАГРАММА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
НА ЗАЖИМАХ СТАТОРА ДВИГАТЕЛЯ.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ

Устройство плавного пуска осуществляет пуск электродви-
гателя плавным нарастанием напряжения на статоре при од-
новременном регулировании тока или момента двигателя.
Преимуществом УППТ по сравнению с традиционными
способами пуска является предоставление пользователю
широких возможностей программными средствами осущест-
влять настройку устройства для конкретного применения.
Эти возможности обеспечиваются широким диапазоном из-
менения параметров диаграммы изменения напряжения на
зажимах статора двигателя и выбором способа управления.

Диаграмма изменения во времени напряжения на зажимах
статора двигателя, реализуемая большей частью УППТ, изо-
бражена на рис. 8.3.

Приведем параметры пусковой диаграммы изменения на-
пряжения, реализуемой УППТ концерна АВВ. Первоначаль-
ная уставка пускового начального напряжения t7ni может
варьироваться в пределах 10 — 60 % от номинального значе-
ния, что обеспечивает необходимый уровень пускового мо-
мента АД. Если при пуске АД требуется создать увеличенный
пусковой момент для преодоления момента сопротивления,
обусловленного силами трения покоя, то возможно кратко-
временное в течение времени tK = 0,5 с приложение к стато-
ру импульса напряжения с амплитудой 90 % от (7Н0М. Продол-

Рис. 8.3. Диаграмма изменения напряжения на зажимах статора двигателя,
реализуемая устройством плавного пуска
жительность пуска t„ может варьироваться в пределах от 0,5
до 60 с, а продолжительность торможения t0 — от 0 до 240 с.
Пусковой ток АД может устанавливаться в пределах (2*5) /ном,
а диапазон изменения конечного напряжения [Д — 30 — 100 %
от 1/ном.

В случае снижения нагрузки на валу АД УППТ автомати-
чески снижает напряжение на зажимах статора АД до зна-
чения 0,61/ном, что приводит к увеличению коэффициента
мощности (cos <р) и экономии электроэнергии без ущерба
работоспособности привода. Однако это снижение напряже-
ния возможно не ранее чем через 60 с после завершения раз-
гона двигателя. Режим энергосбережения становится недос-
тупен, если в системе управления предусмотрен шунтирую-
щий контактор, который подключает напрямую по окончании
процесса пуска АД к питающей сети в обход УППТ.

В УППТ могут быть реализованы следующие способы
управления: напряжением на зажимах статора, током двига-
теля, моментом двигателя.

Управление напряжением обеспечивает плавный пуск дви-
гателя, однако ток и момент двигателя при пуске не контро-
лируются. Поскольку отсутствуют обратная связь по току и
контроль момента двигателя, при пуске возможны броски
тока (рис. 8.4, а). Данный способ управления не пригоден для
электроприводов с тяжелым пуском.

Управление током обеспечивает при пуске ограничение
пускового тока. Изменение напряжения на зажимах статора
происходит таким образом, что в течение большей части
времени пуска ток двигателя поддерживается постоянным
(рис. 8.4, б).

Уровень ограничения пускового тока является основным
параметром пуска и устанавливается пользователем в зави-
симости от конкретного применения.

Осциллограмма пускового тока двигателя, управляемого от
устройства плавного пуска при управлении током, показана
на рис. 8.5.

Управление моментом является наиболее совершенным
способом пуска. В этом случае УППТ следит за требуемым
значением момента, обеспечивая пуск с минимальным значе-
нием тока. Применение системы управления с контролем
момента двигателя обеспечивает линейный график измене-
ния скорости во времени, т.е. пуск при постоянном уско-
рении.

Например, в УППТ Altistart 48 предусмотрена запатенто-
ванная компанией «Schneider Electric» система регулирования
426
Рис. 8.4. Графики изменения во
времени тока при пуске электро-
двигателя от УППТ при способах
управления:

а — напряжением на зажимах ста-
тора; б — током; в — моментом дви-
гателя; Z„.H — ток полной нагрузки

момента (TCS), обеспечивающая поддержание постоянных
значений момента при пуске и торможении, ограничение ме-
ханических ударов в кинематической цепи.

В некоторых УППТ возможна реализация специальной
функции управления насосом. График изменения во времени
тока для такого управления показан на рис. 8.4, в.

В случае пробоя тиристора предусмотрена функция ава-
рийного прямого пуска двигателя, которая доступна только
при управлении напряжением. При аварийном пуске управ-
ление cos <р (режим энергосбережения) и функции управле-
ния торможением двигателя блокируются.

С помощью УППТ могут быть реализованы следующие
способы торможения двигателя:

скатом (плавным изменением напряжения на зажимах
статора АД);

свободным выбегом (отключением АД от сети);

динамическим торможением (подачей в обмотку статора
АД постоянного тока);

противовключением.

Для предохранения двигателя от замерзания и перепадов
температуры, что может привести к образованию конденсата
Рис. 8.5. Осциллограмма пускового тока двигателя, управляемого от устрой-
ства плавного пуска при управлении током

и вследствие этого к увлажнению изоляции, предусмотрен
предварительный обогрев двигателя.

При этом в обмотку статора заторможенного двигателя
подается небольшой ток. Значение тока и время подогрева
настраиваются программными средствами. При предвари-
тельном подогреве двигателя защита от тепловой перегрузки
блокируется.

8.4.	КРИТЕРИИ ВЫБОРА УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА

Устройство плавного пуска выбирается исходя из трех
главных критериев:

1.	Напряжение питающей сети должно соответствовать
номинальному напряжению УППТ.

2.	Номинальный ток УППТ должен соответствовать току
нагрузки двигателя.

3.	Тип применения (категория эксплуатации).
Максимальный показатель УППТ рассчитывается таким
образом, чтобы температура тиристоров силового канала не
превышала 125 °C. На температуру тиристоров оказывают
влияние следующие величины: рабочий и пусковой токи дви-
гателя, продолжительность пуска, число пусков в час, про-
должительность пребывания в выключенном состоянии. По-
этому для полного описания эксплуатационных возможностей
УППТ недостаточно учитывать только показатель по току.

В документе МЭК 60947-4-2 определены эксплуатационные
категории АС53, используемые для определения показателей
УППТ.

При выборе УППТ необходимо учитывать следующие по-
казатели:

1.	Показатель по току (номинальный ток УППТ) — ток
полной нагрузки двигателя, подключаемого к УППТ при ус-
ловии, что рабочие параметры УППТ определены остальными
величинами, приведенными в обозначении УППТ в соответ-
ствии с АС53.

2.	Пусковой ток — максимальный пусковой ток, который
отбирается во время пуска.

3.	Продолжительность пуска — время, необходимое для
разгона двигателя до установившейся скорости.

4.	Цикл работы под нагрузкой — относительная доля вре-
мени работы УППТ, выраженная в процентах от продолжи-
тельности цикла.

5.	Число рабочих циклов (пусков) в 1 ч.

Стандарт МЭК 60947-4-2 определяет две категории экс-
плуатации УППТ: АС53а и АС53Ь. Категория эксплуатации
АС53а является нормой для выбора УППТ, функционирую-
щего без шунтирования обходным (байпасным) контактором.

В каталогах фирм-изготовителей УППТ приводятся пока-
затели двух уровней норм АС53а (для тяжелого и нормально-
го/легкого режимов работы).

Приведем примеры обозначений УППТ:

тяжелый режим работы: 370А:АС53а5.0-30:50-10, которое
расшифровывается следующим образом; ток полной нагрузки
370 А, пусковой ток пятикратный (1850 А) в течение 30 с,
относительная продолжительность включения в цикле 50 %,
число пусков (циклов) в 1 ч 10;

нормальный/легкий режим работы: 450А:АС53аЗ.0-30:50-10,
обозначение указывает на более легкий по сравнению с пре-
дыдущим режим применения одного и того же УППТ (пуско-
вой ток трехкратный), что позволило увеличить ток полной
нагрузки до 450 А.
График работы УППТ, соответствующий категории экс-
плуатации АС53а, показан на рис. 8.6, а.

Категория эксплуатации АС53Ь является нормой для вы-
бора УППТ, функционирующего с шунтированием его после
завершения пуска обходным контактором. Приведем обозна-
чения УППТ функционирующего в таком режиме: 210А:
АС53Ь5.0-30:1440, которое обозначает: ток полной нагрузки
210 А, пусковой ток пятикратный (1050 А) в течение 30 с, пау-
за между пусками 1440 с (24 мин).

График работы УППТ, соответствующий категории экс-
плуатации АС53Ь, показан на рис. 8.6, б.

б

Рнс. 8.6. Графики работы УППТ:

а — без шунтирующего контактора: /пугк — пусковой ток, Zn.„ — ток полной
нагрузки, G — время работы, — продолжительность паузы, Тц — продол-
жительность цикла, 100 (,/Тц — относительная продолжительность работы,
%; б — с шунтирующим контактором: fnycK — продолжительность пуска,
1выкл - время в выключенном состоянии перед последующим пуском
В табл. 8.2. приведены основные показатели УППТ MCD
3007 фирмы «Danfoss» (Дания).

Некоторые фирмы-изготовителей УППТ, например,
«Schneider Electric», для выбора УППТ используют следую-
щие режимы работы электропривода:

нормальный режим, соответствующий продолжительному
режиму работы электропривода (S1);

тяжелый режим, соответствующий повторно-кратковре-
менному режиму работы электропривода с частыми пусками
(S4).

При этом типоразмер УППТ выбирается по отношению к
необходимому циклу работы, количеству пусков в 1 ч и мак-
симальному пусковому току.

При нормальном режиме работы УППТ Altistart 48 рассчи-
тан на:

пуск с 4/ном в течение 23 с или с 3/ном в течение 36 с из хо-
лодного состояния двигателя (соответствует номинальному
режиму работы S1);

пуск с 3/ноч в течение 23 с или с 4/ном в течение 12 с при
относительной продолжительности включения ПВ = 50 % и
10 пусках в 1 ч или эквивалентная по нагреву циклограмма
(соответствует номинальному режиму работы S4). Тепловая
защита двигателя должна быть назначена на класс 10.

При тяжелом режиме работы Altistart 48 рассчитан на:

пуск с 4/ноч в течение 48 с или с 3/ном в течение 90 с из
холодного состояния двигателя (соответствует номинальному
режиму работы S1);

пуск с 4 /ном в течение 25 с при относительной продолжи-
тельности включения ПВ = 50 % и 5 пусках в 1 ч или эквива-
лентная по нагреву циклограмма (соответствует номинально-
му режиму работы S4). Тепловая защита двигателя должна
быть назначена на класс 20.

Напоминаем, что продолжительный режим S1 соответству-
ет пуску двигателя и последующей работе при постоянной
нагрузке, позволяющей достичь теплового равновесия.

Повторно-кратковременный режим с частыми пусками
S4 соответствует циклической работе с интервалами пуска,
работы с постоянной нагрузкой и паузы. Этот режим харак-
теризуется относительной продолжительностью включе-
ния ПВ.

В табл. 8.3 в качестве примера приведены рекомендуемые
компанией «Schneider Electric» области применения УППТ
для различных рабочих машин, имеющих нормальный или
тяжелый режим работы.
Таблица 8.2

Основные показатели УППТ MCD 3007 фирмы «Danfoss» (Дания)

Кратность пускового тока	Продолжи- тельность пуска, с	Относительная продолжитель- ность работы в цикле, %	Продолжи- тельность паузы между пусками, с	Число пусков в 1 ч	Ток пол- ной нагрузки, А	Обозначение
		Работа без шунтирующего контактора				
3.0	30	50		10	20	20А:ЛС53а3.0-30:50-10
4.0	20	50		10	16	16А:ЛС53а4.0-20:50-10
4.5	30	50		10	14	14А:53а4.5-30:50-10
		Работа с шунтирующим контактором				
3.0	30		330		21	21А.АС53Ь3.0-30:330
4.0	20		340		18	18А:АС53Ь#.0-20:340
4.5	30		330		15	15А:АС53Ь4.5-30:330
Таблица 8.3

Нормальные и тяжелые режимы работы рабочих машин различных типов

Тип рабочей машины	Типовой пус- ковой ток дви- гателя, % от номинального	Продолжитель- ность пуска, с	Режим работы
Центробежный насос	300	5-15	Нормальный
Поршневой насос	350	5-10	Нормальный
Вентилятор	300	10-40	Нормальный
	300	>30	Тяжелый
Центробежный ком-	350	10-40	Нормальный
прессор	350	>30	Тяжелый
Поршневой компрессор	350	5-10	Нормальный

Для тяжелого режима работы снижается мощность под-
ключаемого к УППТ двигателя по сравнению с нормальным
режимом.

Российская корпорация «Триол» за основу типа примене-
ния принимает пусковые режимы электропривода по тяжести
пуска: легкий, нормальный и тяжелый.

Так, для УППТ российского производства типа АС И-02
(Дом = 100 А, 1ДОМ = 400 В) допустимы следующие режимы
пуска:

легкий, рассчитанный на кратность пускового тока
Д/Дом = 2, продолжительность пуска не более 10 с, мощность
подключаемого двигателя не более 55 кВт;

нормальный, рассчитанный на кратность пускового тока
Д/Дом = 2, продолжительность пуска не более 30 с, мощность
подключаемого двигателя не более 37 кВт;

тяжелый, рассчитанный на кратность пускового тока
Д/Дом = 4, продолжительность пуска не более 60 с, мощность
подключаемого двигателя не более 22 кВт.

В каталогах ряда фирм-изготовителей УППТ приводится
список применений по функциям (типовой пусковой ток,
способ управления, функция останова и др.). В списке даны
также сведения о наиболее часто встречающихся на практике
для различных рабочих машин вариантах применения УППТ.
Примером фрагмента такого списка может служить табл. 8.3.

8.5.	ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ

Параллельное подключение нескольких двигателей до-
пускается в пределах мощности УППТ (суммарный ток под-
ключенных двигателей должен быть равен или меньше номи-
нального тока УППТ).

Двигатель с фазным ротором с закороченной обмоткой
ротора развивает слабый пусковой момент, С целью увели-
чения пускового момента целесообразно в цепь ротора вве-
сти небольшое сопротивление. Возможен пуск двигателя с
фазным ротором при закороченной обмотке ротора. Однако
пусковой ток в этом случае может достичь 7-кратного значе-
ния, что потребует применения УППТ на одну ступень выше
по мощности.

Двухскоростной двигатель. В избежание больших бросков
тока, обусловленных противофазным состоянием ЭДС двига-
теля и напряжения сети, переход с одной скорости на другую
осуществляется с выдержкой времени. Устройство, переклю-
чающее число полюсов, должно быть подключено между вы-
ходом УППТ и двигателем.

Шунтирование устройства с помощью контактора. По
окончании процесса пуска УППТ может быть зашунтировано
контактором. В отличие от сетевого контактора, рассчитанно-
го на режим АС-3 (пусковой ток), шунтирующий контактор
может быть рассчитан на режим АС-1, так как пропускает
номинальный ток. Шунтирующий контактор управляется
УППТ, причем функции защит остаются активными после
шунтирования. При работе с шунтирующим контактором со-
храняются все виды останова двигателя (свободный выбег,
динамическое торможение). Если после завершения пуска
УППТ закорочено и следующий пуск двигателя осуществля-
ется из холодного состояния УППТ, то можно повысить ти-
поразмер подключаемого двигателя. Если же УППТ работает
без шунтирования после завершения пуска, то завышать ти-
поразмер подключенного двигателя не следует.

Устройство плавного пуска, включаемое последовательно
с обмоткой двигателя в каждой фазе, соединенное по схеме
треугольник (внутренний треугольник). Кроме наиболее час-
то встречающихся схем управления двигателем, обмотка ко-
торого соединена по схеме звезда или треугольник, УППТ
Altistart 48 может включаться по схеме, представленной на
рис. 8.7. В этом случае он обтекается током в 1,7 раза меньше
линейного, что позволяет использовать УППТ меньшей мощ-
ности. Для этих целей используются специальные УППТ
Altistart...Q, имеющие в обозначении букву Q. Такой способ
допускает останов двигателя только на свободном выбеге и
не совместим с функцией предварительного подогрева двига-
теля перед пуском. При этом настройки номинального тока и
Рис. 8.7. Соединение обмо-
ток статора двигателя с
устройством плавного пус-
ка последовательно в каж-
дой фазе по схеме треуголь-
ник

Устройство плавного Двигатель

тока ограничения остаются выраженными в значениях ли-
нейного тока, что дает возможность пользователю не прибе-
гать к вычислениям.

Подключение нескольких устройств плавного пуска к
одному источнику питания. Для обеспечения требований
электромагнитной совместимости между сетевым контакто-
ром и УППТ устанавливается сетевой дроссель. Использова-
ние сетевых дросселей особенно рекомендуется в случае
подключения нескольких УППТ к одному источнику сетевого
питания.

Другие рекомендации по применению. Нельзя от УППТ
питать никакие другие приемники, кроме двигателей. Напри-
мер, запрещено подключать тепловые приборы. Нельзя к
клеммам двигателя подключать компенсаторы реактивной
мощности. При использовании компенсаторов реактивной
мощности они должны устанавливаться на входе УППТ и
подключаться к питанию только после завершения процесса
пуска двигателя.

Активизация функции каскадного пуска. Активизация
этой функции позволяет последовательно осуществлять пуск
нескольких двигателей одинаковой мощности от одного
УППТ. В этом случае тепловая защита двигателя по матема-
тической модели теплового состояния исключается, а реле R1
(см. рис. 8.2) должно быть сконфигурировано в качестве реле
изолирования.

Автоматический повторный пуск. Эта функция доступна
при 2-проводном управлении. Ее активизация позволяет по-
сле блокировки по неисправности провести несколько после-
довательных попыток пуска с установленным интервалом
времени (в УППТ Altistart 48 шесть пусков с интервалом
60 с) при условии, если неисправность устранена и команды
управления сохраняются. После последней попытки пуска
УППТ блокируется и требуется устранить неисправность пе-
ред повторным пуском.

Толчковый режим на малой скорости. Некоторые УППТ,
например MSF фирмы «Emotron», имеют возможность полу-
чения толчкового режима работы при медленной скорости с
запретом команды вращения двигателя назад или вперед.
Этот режим необходим для рабочих машин, требующих точ-
ного позиционирования исполнительного органа.

8.6.	ФУНКЦИИ ЗАЩИТ УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА
И ДВИГАТЕЛЯ

Устройство плавного пуска и торможения обеспечивает не
только плавный пуск и торможение асинхронных коротко-
замкнутых двигателей, но одновременно осуществляет функ-
ции своей защиты и контроля, а также защиты двигателя и
механизма.

Тепловая защита двигателя и устройства плавного пуска.
Тепловая защита двигателя может быть реализована косвенно
по математической модели нагрева двигателя или непосред-
ственно с помощью терморезисторов, встроенных в его кон-
структивные элементы.

В первом случае микропроцессорная система управления
УППТ вычисляет в процентах от номинального значения на-
грев двигателя на основе настроенного тока двигателя (но-
минального) и реально потребляемого. Температура двигате-
ля непрерывно рассчитывается на основании сложной мате-
матической модели с тем, чтобы точно отразить теплоотдачу
двигателя и рассеивание тепла на всех этапах работы: при
пуске, в рабочем режиме и останове. Для адаптации к двига-
телю и режимам работы предлагается несколько классов
время-токовой защиты в соответствии со стандартом МЭК
60947-4-2: классы 30, 25, 20 (тяжелый режим), классы 15, 10
(нормальный режим), предусмотрены также подклассы 10А, 2.

Тепловой контроль блокирует повторный пуск двигателя,
если его нагрев оказался на предельно допустимом уровне.

Обе системы защиты двигателя (косвенная и с помощью
терморезисторов) могут функционировать независимо.

Может быть реализован возврат к нулю числового значе-
ния теплового состояния двигателя, рассчитанного УППТ.
Тепловая защита УППТ осуществляется непосредственно с
помощью терморезисторов, размещенных на охладителях ти-
ристоров. Функция тепловой защиты может быть заблокиро-
вана. Время срабатывания время-токовой защиты двигателя,
управляемого от УППТ Altistart 48, приведено в табл. 8.4.

Защита от недогрузки и перегрузки двигателя. Устройст-
во плавного пуска и торможения может быть оснащено мо-
нитором нагрузки, контролирующим нагрузку на валу двига-
теля. Эта функция обеспечивает защиту механизма и техно-
логического процесса, управляемого двигателем. Система
управления предусматривает возможность программными
средствами изменять уставки защит. В сочетании с функцией
предварительного сигнала обеспечивается надежная защита.

Защита от недогрузки двигателя. Пусковое устройство
фиксирует недогрузку двигателя, если в течение интервала
времени At > AtHr момент двигателя, а в некоторых УППТ
ток двигателя становится меньше порогового значения Мнг. л,
(рис. 8.8, а). В УППТ Altistart 48 пороговое значение не-
догрузки настраивается программными средствами от 20 до
100 % от номинального момента, а допустимая длительность
недогрузки AtHr от 1 до 60 с.

Наряду с задержкой по времени, защита имеет задержку
по моменту (току), определяемую зоной нечувствительности
(см. рис. 8.8, а, штриховка).

Таблица 8.4

Время срабатывания время-токовой защиты двигателя,
управляемого от УППТ Altistart 48

Нормальный режим работы (класс защиты 10)		Тяжелый режим работы (класс защиты 20)	
Кратность пусково- го тока двигателя к номинальному (настраиваемому)	Время срабатывания защиты, с	Кратность пусково- го тока двигателя к номинальному (настраиваемому)	Время срабатывания защиты, с
Время срабатывания из холодного состояния			
3	46	3,5	63
4	23	4	48
5	15	5	29
Время срабатывания из горячего состояния			
3	23	3,5	32
4	12	4	25
5	7,5	5	15
a

б

Рис. 8.8. Графики, поясняющие работу защит:

а - от недогрузки по моменту двигателя (AfHr - уставка времени допусти-
мой недогрузки); б — от перегрузки по току (— уставка времени допусти-
мой перегрузки)
Срабатывание защиты может активизировать неис-
правность или сигнализацию. Защита может быть заблокиро-
вана.

Защита от перегрузки по току. Пусковое устройство фик-
сирует перегрузку по току, если в течение интервала
времени At > At„ ток двигателя становится больше порогово-
го значения /пд (рис. 8.8, б). В УППТ Altistart 48 пороговое
значение тока настраивается программными средствами в
пределах от 50 до 300 % от номинального тока двигателя, а
допустимая длительность перегрузки At„ в пределах от 0,1 до
60 с.

Как и в предыдущем случае предусматривается также за-
держка по току. Данная защита автоматически блокируется
на время пуска двигателя и функционирует только в устано-
вившемся режиме. Срабатывание защиты может активизиро-
вать неисправность или сигнализацию. Защита может быть
заблокирована.

Защита от затянутого пуска. Данная защита позволяет
зафиксировать нарушение нормального пуска двигателя при
блокировке ротора или по другим причинам, вследствие ко-
торых двигатель за установленное время не выходит на уста-
новившуюся скорость. Если длительность пуска превышает
установленное значение выдержки времени, то УППТ блоки-
руется по неисправности. Данная защита может быть забло-
кирована.

Защита от изменения порядка чередования фаз. Данная
функция позволяет определить порядок чередования фаз дви-
гателя и при нарушении порядка активизировать неисправ-
ность или сигнализацию. Защита устанавливается для техно-
логических установок, для которых запрещено обратное вра-
щение исполнительного органа.

Защита от дисбаланса напряжения сети. В некоторых
УППТ (например, фирмы «Emotron») программными средст-
вами может быть установлена различная чувствительность к
дисбалансу напряжения фаз: повышенная, нормальная или
пониженная.

Выдержка времени перед повторным пуском. Данная
функция позволяет избежать нескольких повторных пусков,
которые могут привести к перегреву двигателя, перегрузке
по току, связанной с повторением команд пуска-останова и
других причин. Двигатель не перезапустится до истечения
настроенной выдержки времени, отсчитываемой после пода-
чи команды останова. Повторный пуск осуществится по
окончании выдержки времени, если команда сохраняется или
подается команда повторного пуска. Выдержка времени на-
страивается программными средствами.

Определение обрыва фазы двигателя. Данная защита сра-
батывает при отсутствии или слабом токе в одной из трех
фаз двигателя в течение не менее 0,5 с или в трех фазах дви-
гателя в течение не менее 0,2 с. Значение уровня минималь-
ного тока настраивается от 5 до 10 % от номинального тока
УППТ.

Защита от пробоя изоляции. При превышении тока на
корпус установленного значения защита с задержкой по току
и времени отключает УППТ от сети.

8.7.	ФУНКЦИИ КОНТРОЛЯ

Система контроля УППТ позволяет персоналу следить за
многими параметрами электропривода и технологического
процесса, а при выходе их за допустимые пределы своевре-
менно сигнализировать об этом. При аварийном отключении
оператор может выяснить причины аварии и просмотреть
содержание архива неисправностей, хранящихся в памяти
системы управления УППТ.

В процессе функционирования УППТ на экран индикато-
ра может быть выведена следующая информация:

состояние УППТ: готовность к пуску двигателя, режим ус-
корения (замедления), установившийся режим, УППТ в огра-
ничении по току, направление вращения двигателя (порядок
чередования фаз), последняя неисправность и др.;

значение коэффициента мощности (cos <р);

фазные токи, потребляемые двигателем;

тепловое состояние двигателя в % от номинального зна-
чения;

активная мощность, потребляемая двигателем в кВт и % от
номинального значения;

момент, развиваемый двигателем в % от номинального
значения;

израсходованный двигателем моторесурс;

количество энергии, потребленной двигателем в кВт-ч;

фазные и линейные напряжения на зажимах статора.

При срабатывании защит на экране индикатора УППТ
возможно отображение информации об отключениях по сле-
дующим причинам:

неисправность питающей сети;
перегрев двигателя;

перегрев УППТ;

заклинивание ротора двигателя;

перегрузка двигателя;

недогрузка двигателя;

несимметрия напряжений трехфазной сети;

превышение напряжения сети выше допустимого макси-
мального значения;

снижение напряжения сети ниже допустимого минималь-
ного значения;

большое число пусков в час.

Системы защит и контроля УППТ могут настраи-
ваться:

только сигнал тревоги, без отключения системой защиты;

только отключение, без подачи предварительного сигнала
тревоги;

предварительный сигнал тревоги с последующим отключе-
нием защитой;

отключение (блокировка) защиты.

В памяти системы управления УППТ в процессе эксплуа-
тации могут накапливаться следующие данные: общее время
работы, общее число пусков, общее число остановов, про-
должительность последнего пуска, максимальный ток при по-
следнем пуске и др.

Устройство плавного пуска и торможения может иметь
систему защит самого себя, двигателя и механизма. Сигналы
тревоги УППТ подразделяются на три категории:

Категория 1. Сигналы, приводящие к останову двигателя и
требующие перезапуска до подачи следующего сигнала
пуска.

При появлении сигнала тревоги категории 1 работа УППТ
останавливается. В этом случае требуется сигнал перезапуска
прежде, чем может быть принята команда на пуск. Переза-
пуск возможен с клавиатуры (нажатием клавиши RESET).
Перезапуск будет выполнен только в том случае, если причи-
на ошибки и сигнала тревоги устранена. После перезапуска
реле неисправностей возвращается в неактивное состояние,
индикация ошибки исчезает и на дисплее появляется стан-
дартное окно меню. После перезапуска система готова к но-
вой команде пуска.

Категория 2. Сигналы, приводящие к останову двигателя и
допускающие сигналы пуска без перезапуска.

При появлении сигнала тревоги категории 2 работа УППТ
останавливается. Можно сразу подать команду на пуск,
при этом реле неисправностей возвращается в неактивное
состояние, индикация ошибки исчезает и на дисплее по-
является стандартное окно меню. В этом случае возмож-
на также подача команды на перезапуск как и для сигналов
тревоги категории 1, если пуск в данный момент не требу-
ется.

Категория 3. При появлении сигнала тревоги категории
3 работа УППТ продолжается. Возможно несколько способов
возвращения к обычному функционированию:

автоматический перезапуск при подаче команды на ос-
танов;

ручной перезапуск во время работы.

После перезапуска реле неисправностей возвращается в
неактивное состояние, индикация ошибки исчезает и на дис-
плее появляется стандартное окно меню.

Все сигналы тревоги, кроме предварительных, активизи-
руют реле неисправностей, вызывают появление сигнала
ошибки и помещаются в список сигналов тревоги. Пока сиг-
нал тревоги активен, на дисплее не может появиться другая
информация.

8.8.	ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА НАСТРОЙКИ

Устройство плавного пуска и торможения благодаря
встроенному дисплею и клавиатуре выполняет широкий на-
бор функций, существенно упрощающих настройку электро-
привода под конкретное применение.

Системы программирования различных УППТ для пользо-
вателя однотипны и основываются на принципе меню. На
рис. 8.9 показан фрагмент программы для УППТ MSF фирмы
«Emotron». Все окна меню собраны в простую одноуровне-
вую структуру с возможностью ограничения числа доступных
окон введением значения OFF в окно 007 (заводская установ-
ка). При этом имеется доступ только к основным окнам от
001 до 007. Такой способ минимизирует число установок для
случая, когда требуется только плавный пуск при помощи
изменения напряжения без контроля тока или момента дви-
гателя.

Если в окне 007 установлено ON, а в окне 008 — OFF,
имеется доступ ко всем окнам меню, относящимся к индика-
ции, а также к списку сигналов тревоги.

Список окон меню, соответствующих фрагменту програм-
мы (см. рис. 8.9), приведен в табл. 8.5.
К другим окнам

Рис. 8.9. Фрагмент программы контроля настройки параметров устройства
плавного пуска фирмы «Emotron»

Для облегчения наладки УППТ компанией «Schneider
Electric» разработаны диалоговые средства Power Suite на ба-
зе персонального или карманного ПК, которые позволяют
осуществлять подготовку файлов данных, загружаемых в
УППТ.

Комплект Power Suite на базе карманного ПК может ис-
пользоваться на этапах подготовки, программирования, ввода
в эксплуатацию и обслуживания. Комплект включает в себя
Таблица 8.5

Список окон меню

Номер окна	Функция/параметр	Диапазон	Заводская ус- тановка
001	Начальное напряжение графика напряжения при пуске	25 - 90 % от Пноч сети	30
002	Время пуска	1-60 с	10
003	Начальный сборос напряжения при останове	100-40 % от П„ом сети	100
004	Время останова	OFF, 2— 120 с	OFF
005	Ток	0-9999 А	
006	Режим управления	1, 2, 3	2
007	Дополнительные функции и измерения	OFF, ON	OFF
008	Дополнительные функции	OFF, ON	OFF
201	Действующее значение тока  УППТ	0-9999 A	
202	Линейное напряжение сети	0-720 В	
203	Мощность двигателя	0 — 9999 кВт	
204	Коэффициент мощности	0-1	
205	Потребленная энергия	0,000- 2000 МВт-ч	
206	Сброс значения потребленной энергии	NO, YES	NO
207	Момент на валу двигателя	-9999- +9999 Нм	
208	Время работы	Час	
211	Ток фазы L1	0-9999 А	
212	Ток фазы L2	0 - 9999 А	
213	Ток фазы L3	0-9999 А	
214	Линейное напряжение LI—L2	0-720 В	
215	Линейное напряжение LI — L3	0-720 В	
Продолжение табл. 8.5

Номер окна	Функция/п араметр	Диапазон	Заводская ус- тановка
216  221  901  902 - 915  При команды ление (2 терфейс  2. 3ai гателю с	Линейное напряжение L2 —L3  Информация о блокировке кла- виатуры пульта  Последний по времени сигнал тревоги  Список сигналов тревоги в хро- нологическом порядке  мечания: 1. Окну 006 соответстг на пуск, останов и перезапуск с   или 3-проводное); 3 — управле!  зодские установки по умолчанию такими же номинальными мощно	0-720 В  NO, YES  F1-F16  F1-F16  уют следующие п клавиатуры; 2 — >ие через послед<  соответствуют 4-п стью и током, как	NO  араметры: 1 — знешнее управ- эвательный ин-  олюсному дви- и УППТ.

карманный ПК, принадлежности для установки и присоеди-
нения. Программное обеспечение Power Suite для персональ-
ного компьютера обеспечивает ввод в эксплуатацию УППТ с
помощью ПК в среде Microsoft Windows 95, 98, NT4 или 2000.
Оно включает в себя все функции выносного или встроенно-
го терминала управления.

Программное обеспечение может использоваться:

автономно для подготовки и сохранения исходных фай-
лов конфигурации и настройки на дискетах или жестком
диске;

подключенным к УППТ для конфигурации, настройки и
управления им, а также для пересылки файлов конфигурации
и настройки от ПК к УППТ и обратно.

Диалоговые средства Power Suite обеспечивают следующие
преимущества:

подключение УППТ к ПК и доступ к настроечным функ-
циям, контролю и управлению;

отображение сообщений на пяти языках;

подготовка и сохранение данных на жестком диске;

сравнение и редактирование настроек с помощью средств
вычислительной техники.

Программное обеспечение содержит все функции управ-
ления (конфигурирование или настройка параметров привод-
ных устройств, управление, сигнализация и т.д).

Карманный ПК может использоваться:
автономно для подготовки и сохранения исходных файлов
конфигурации, а также настройки при питании от сети или
аккумуляторных батарей;

подключенным к ПК для пересылки файлов от карманного
ПК к персональному компьютеру или обратно;

подключенным к преобразователю частоты или УППТ для
конфигурации и настройки.

Для упрощения проверки монтажа и наладки электропри-
вода в некоторых УППТ предусмотрена функция испытания с
двигателем, мощность которого значительно меньше допус-
тимой. Она позволяет, например, проверить правильность
монтажа оборудования. Эта функция автоматически исклю-
чается при выключении питания. При повторном включении
питания УППТ возвращается к исходным настройкам.

Следует отметить, что УППТ может работать даже без
ввода паспортных данных двигателя, однако его процесс
функционирования в этом случае не будет оптимальным.

8.9.	ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ
ПЛАВНОГО ПУСКА РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ

Устройства плавного пуска выпускаются многими фирма-
ми. Фирмы-изготовители частотно-регулируемых электропри-
водов, как правило, осуществляют выпуск УППТ.

Наряду с УППТ, изготовляемыми зарубежными фирмами
«Siemens» (Германия), «Schneider Electric» (Франция), «Emo-
tron АВ» (Швеция) и др., на российский рынок поступают
УППТ отечественных изготовителей, например, корпорации
«Триол».

Рассмотрим технические характеристики УППТ некоторых
фирм-изготовителей.

Тиристорные устройства плавного пуска Триол АСИ
предназначены для пуска рабочих машин, привод которых
осуществляется от трехфазных асинхронных двигателей
класса напряжения 0,4 кВ и мощностью от 45 до 400 кВт.

Выпускаемый ряд тиристорных нереверсивных УППТ
Триол АСИ содержит девять моделей. По заказу могут быть
изготовлены УППТ в реверсивном исполнении.

Устройство плавного пуска Триол АСИ выполняет сле-
дующие функции:

ограничивает пусковой ток двигателя на уровне от 0,8 до
41нОМ1
исключает механические ударные нагрузки на оборудова-
ние;

задает требуемый темп разгона механизма до установив-
шейся скорости;

после завершения пуска выдает команду на непосредст-
венное подключение двигателя к сети в обход УППТ с помо-
щью шунтирующего контактора;

осуществляет реверс двигателя;

обеспечивает защиту двигателя от аварийных режимов;

предотвращает недопустимые провалы напряжения в сети
при пуске двигателя;

уменьшает тепловое воздействие на двигатель.

Наиболее эффективное применение УППТ Триол АС11
для пуска механизмов с квадратичной (вентиляторной) меха-
нической характеристикой и не требующих технологическо-
го регулирования скорости (насосы, вентиляторы, нагнетате-
ли и др.).

Наличие встроенного регулятора тока обеспечивает под-
держание заданного значения пускового тока практически
в течение всего времени разгона путем изменения напряже-
ния на выходе УППТ. Изменяя коэффициенты ПИ-
регулятора тока, можно получить требуемые динамические
характеристики электропривода. Для расширения функцио-
нальных возможностей электропривода в системе управле-
ния предусмотрены четыре логических входа и три релейных
выхода.

В УППТ Триол АСИ при нагрузке значительно меньше
номинального значения может быть предусмотрен режим
энергосбережения, при котором на зажимы обмотки статора
двигателя подается пониженное напряжение.

В зависимости от вида механизма торможение двигателя
может осуществляться следующими способами:

выбегом путем снятия управляющих импульсов с тиристо-
ров;

скатом путем плавного снижения подводимого к статору
двигателя напряжения;

динамическим торможением подачей в статорную обмотку
постоянного тока.

Устройство управляется микропроцессорным контролле-
ром, с помощью которого формируются режимы с заданны-
ми параметрами и вырабатываются сигналы управления ти-
ристорами, защиты, аварийного отключения, приема и пере-
дачи внешних управляющих, задающих и информационных
сигналов.
Таблица 8.6

Технические характеристики тиристорных пускателей ТриолАСИ

	Модель пускателя								
	01	02	03	04	05	06	07	08	09
Тип пуска	Номинальный ток, А								
	63	100	160	250	320	500	630	800	1500
	Максимальная мощность двигателя, кВт								
Легкий пуск 2/„„„, 10 с	30	55	75	110	160	250	315	400	400
Нормальный пуск 2/но«, 30 с	22	37	55	90	110	200	250	315	400
Тяжелый пуск 4/„ом, 60 с	15	22	45	55	75	132	160	210	

В составе УППТ предусмотрен встроенный пульт управле-
ния ПУ-5, который содержит клавиатуру для управления ре-
жимами работы, задания и программирования параметров, а
также для отображения значений параметров и диагностиро-
вания. Для удобства работы оператора программируемые и
информационные параметры УППТ сведены в функциональ-
ные группы.

Технические характеристики УППТ АСИ приведены в
табл. 8.6.

Корпорацией «Триол» разработано УППТ АС 15 на напря-
жение би 10 кВ. Устройство плавного пуска Триол АС 15 до-
пускает пять последовательных пусков с интервалом 2 мин
между ними. После пяти пусков — пауза в 10 мин, после чего
цикл может быть повторен.

Система управления и функциональные возможности
АС15 аналогичны УППТ АСИ. Технические характеристики
тиристорных пускателей АС15 приведены в табл. 8.7.

ОАО «ВНИИР» (г. Чебоксары) разработаны устройства
плавного безударного пуска высоковольтных электродвигате-
лей мощностью до 8800 кВт.

Устройства имеют три исполнения, выбираемые в зависи-
мости от типа механической характеристики приводимой
рабочей машины:

УБПВД-В для пуска асинхронных и синхронных двигате-
лей с вентиляторной характеристикой нагрузочного момента
(центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы);

УБПВД-М для рабочих машин с большим начальным
статическим моментом сопротивления (поршневые компрес-
соры) ;
Таблица 8.7

Технические характеристики устройств плавного пуска Триол АС 15

Тип устройства	Напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Мощность двигателя, кВт
АС15-6-80	6; 6,3	80	160, 200, 250, 320, 400, 500, 630
АС15-6-160		160	710, 800, 1000, 1250
АС15-6-250		250	1600, 2000
АС15-6-320		320	2500
АС15-6-500		500	3150, 4000
АС 15-6-600		600	5000, 6300, 8000
АС15-6-800		800	8000
АС15-10-80	10; 10,5; 11	80	320, 400, 500, 630, 710, 800, 1000
АС15-10-160		160	1250, 1600, 2000
АС15-10-200		200	2500, 3150
АС15-10-320		320	4000, 5000
АС 15-10-500		500	6300, 8000
АС 15-10-800		800	10000, 12500

УБПВД-С для плавного пуска синхронных двигателей,
приводящих рабочие машины с моментом инерции, значи-
тельно превышающим момент инерции двигателя.

Устройства плавного пуска всех типов обеспечивают сле-
дующие преимущества по сравнению с прямым пуском дви-
гателей от сети:

пусковой ток нарастает плавно с ограничением его значе-
ния на уровне (1,5+2,5) 1НОМ;

появляется возможность осуществлять практически неог-
раниченное число пусков и остановов агрегатов;

повышается надежность агрегатов и системы электро-
снабжения, так как исключаются механические и электро-
магнитные ударные нагрузки, возникающие при пуске;

электродвигатели могут быть запущены от источников ог-
раниченной мощности, при питании от длинных линий и за-
груженных трансформаторов без больших провалов напря-
жения;

увеличиваются межремонтные периоды и срок службы аг-
регатов.

ОАО «ВНИИР» разработал систему пуска нескольких дви-
гателей, подключенных к одной или нескольким секциям
шин, от одного устройства УБПВД. Система позволяет осу-
ществлять как прямой, так и поочередный плавный пуск лю-
бого выбранного двигателя под управлением контроллера, что
позволяет исключить аварийные ситуации, связанные с оши-
бочными действиями оперативного персонала.

Плавный пуск двигателей возможен по командам с цен-
трального и местного пультов управления.

Контроллер обеспечивает требуемый закон нарастания
тока и разгона двигателя по заранее заданной программе.
На мнемосхеме пульта управления отражается текущее со-
стояние коммутационной аппаратуры и двигателей, а на жид-
кокристаллический индикатор (ЖКИ) — подсказки для пер-
сонала. По завершению разгона УБПВД шунтируется выклю-
чателем, и двигатель оказывается подключенным непосредст-
венно к сети. Система становится готовой к следующему
пуску.

При пуске синхронного двигателя после достижения под-
синхронной скорости электронный блок возбудителя, кон-
тролирующий частоту тока наводимого в роторе, подает ко-
манду на включение возбуждения, и двигатель втягивается в
синхронизм.

Система управления УБПВД выполнена на современной
элементной базе с применением высокопроизводительного
сигнального процессора, передовой технологии монтажа.

Система управления обеспечивает:

возможность формирования требуемых законов разгона и
торможения двигателя;

реализацию гибких алгоритмов управления;

широкий набор функций управления и максимально удоб-
ный пользовательский интерфейс, использующий графиче-
ский ЖКИ, функциональную клавиатуру управления и сред-
ства диагностики;

удаленный доступ к устройству по интерфейсу RS485, что
обеспечивает работу в составе АСУ ТП;

качественную оценку влияния УБПВД на питающую
сеть путем использования функций цифрового осциллогра-
фа и последующей корректировки режима пуска и тормо-
жения;

качественный и количественный анализ работоспособ-
ности агрегата за счет использования функций журнала
регистрации событий (продолжительность последнего пуска,
максимальный ток последнего пуска, общее число пусков,
общее число отключений, регистрация аварийных режимов
и др.);
широкий набор функциональных защит;
автоматическую диагностику установки.

Силовой канал устройства УБПВД-М выполнен по схеме
преобразователя частоты с непосредственной связью с сетью
(НПЧ). При этом каждая фаза электродвигателя подключена
к выходам выпрямительного моста, выполненного по трех-
фазной нулевой схеме выпрямления, формируя частоту на-
пряжения питания электродвигателя в диапазоне от 0 до
30 Гц, что соответствует диапазону скорости вращения двига-
теля в диапазоне от 0 до 0,6 от номинального значения. На
более высокой скорости (вторая зона) пуск двигателя про-
должается при работе устройства в режиме регулирования
напряжения на зажимах статора двигателя.

При разгоне двигателя до скорости 0,6 от номинальной
(первая зона), когда устройство работает в режиме преобра-
зователя частоты, сохраняется пропорциональная зависи-
мость между током и моментом двигателя, и токи фаз
не превышают номинального значения. Во второй зоне, когда
пуск двигателя осуществляется при фазовом управлении ти-
ристорами, пусковой ток может достигать 4-кратного значе-
ния.

После достижения номинальной скорости двигатель оста-
ется подключенным к сети через полностью открытые тири-
сторы соответствующих фаз. В дальнейшем по сигналу от
задатчика интенсивности разгона пусковое устройство шун-
тируется вакуумным выключателем, и двигатель непосредст-
венно подключается к питающей сети.

Пусковой устройство УБПВД-С обеспечивает частотный
пуск синхронного двигателя с заданными параметрами вре-
мени пуска и токоограничения.

Система автоматического управления пусковым устройст-
вом выполнена по принципу двухконтурной системы подчи-
ненного регулирования параметров с ПИ-регуляторами тока
и скорости. Информацию о скорости и угловом положении
ротора получают от измерителя скорости, на входы которого
подаются измеренные значения тока и напряжения двига-
теля.

Поставка устройства безударного пуска может осуществ-
ляться в контейнерном исполнении с отоплением, освещени-
ем и вентиляцией в состоянии полной заводской готовности,
что существенно упрощает его монтаж.

Технические характеристики высоковольтных устройств
плавного пуска электродвигателей УБПВД приведены в
табл. 8.8.
452

Таблица 8.8

Технические характеристики высоковольтных устройств плавного пуска электродвигателей УБПВД

Параметр	Тип устройства					
	УБПВД-М-200- 6	УБПВД-М-630- 6	УБПВД-М-1000-6	УБПВД-С-200- 6(10)	УБПВД-С-630- 6(10)	УБПВД-С- 1000-6(10)
Максимальная мощность элек- тродвигателя, кВт	1700	5500	8800	1700	5500	8800
Номинальное на- пряжение, кВ	6,3	6,3	6,3	6(10)	6(10)	6(10)
Номинальный ток, А	200	630	1000	200	630	1000
Максимальное токоограничение, доли от номиналь- ного тока	4	4	4	0,5-1,5	0,5-1,5	0,5-1,5
Напряжение пи- тания	цепей  управления, В	100	100	100	100	100	100
Общее время пус- ка, мин	1-10	1-10	1-10	0,5-10	0,5-10	0,5-10
Масса, кг	1500	1500	1500	1500	1500	1500
Фирма «Siemens» осуществляет выпуск УППТ «Simostart»
для пуска электродвигателей на напряжение 6 и 6,6 кВ. Пла-
нируется выпуск УППТ на напряжения Ии 13,8 кВ.

Устройства плавного пуска обеспечивают:

ограничение пускового момента и тока двигателя;

устранение гидравлического удара, а также механических
ударов в передаточном механизме при пуске и останове тур-
бомашины;

нормальный пуск электродвигателя от автономного источ-
ника энергоснабжения соизмеряемой мощности, а также в
слабых электрических сетях.

Элементной базой УППТ служат традиционные тиристо-
ры, управление которыми осуществляется с помощью
32-битового сигнального процессора. Возможно управление
электродвигателем, как по разомкнутому, так и замкнутым
контурам управления. В последнем случае используется
сигнал обратной связи от датчика частоты вращения двигате-
ля. Интерфейсы обмена данных в системе управления —
PROFIBUS, MODBUS.

Имеется возможность с помощью программных средств
реализовать импульс пускового напряжения с уровнем 0,8£7нОМ
и регулируемой продолжительностью от 0,1 до 2 с.

Длительность нарастания (спадания) линейно изменяюще-
гося во времени напряжения может регулироваться в диапа-
зоне 1 —30 с.

Установочными параметрами УППТ являются: номиналь-
ный ток двигателя, начальное напряжение при пуске, пуско-
вой ток, время разгона и останова электропривода, продол-
жительность толчкового импульса пускового напряжения.

В УППТ предусмотрены следующие виды защит от:
перегрузки по току и моменту электродвигателя;
короткого замыкания в силовой цепи;

превышения температуры;

нарушения заземления;

превышения допустимой частоты пусков (более 4 пусков в
1 ч);

снижения напряжения ниже допустимого значения;

превышения напряжения сверх допустимого значения;

обрыва фазы;

несимметрии фазных напряжений и др.

В процессе функционирования на панели управления
УППТ отображается следующая информация:

продолжительность пуска (останова) электропривода;

недогрузка (перегрузка) по току;
Технические характеристики устройств плавного пуска Simostart MV
на напряжение 6 и 6,6 кВ

Номинальный ток устройства, А	Мощность двигателя, кВт, при напряжении пускового устройства, кВ		Масса устройства, кг
	6	6,6	
70	590	650	690
140	1200	1300	690
250	2200	2400	695
300	2700	3000	720
400	3600	4000	750
600	4500	5000	800

напряжение сети и на зажимах электродвигателя;

фазные токи;

ток утечки;

коэффициент мощности электропривода;

температура нагрева УППТ.

Кроме того, на экране ЖКИ могут быть отображены сле-
дующие расчетные параметры: продолжительность пуска (ос-
танова), несимметрия фазных токов, относительные значения
тока нагрузки в долях от номинального значения тока УППТ
и др.

Помимо указанных величин, в процессе эксплуатации на-
капливаются данные об израсходованном моторесурсе (мото-
час), числе завершенных пусков и остановов, продолжитель-
ности пуска и останова последнего цикла, максимальном пус-
ковом токе последнего пуска, причинах последнего сбоя пус-
ка и др.

Конструктивно УППТ выполнен в виде шкафа, в котором
размещены: входной вакуумный выключатель; тиристорный
блок с 18-ю тиристорами, включенными в каждой фазе по
встречно-параллельной схеме с тремя последовательно со-
единенными тиристорами в каждой ветви; байпасный ваку-
умный контактор, с помощью которого шунтируется после
завершения пуска тиристорный блок; модуль управления с
микроконтроллером; панель оператора с 8-ю светодиодами,
отображающими состояние электропривода.

Степень защиты оболочки IP32/IP54 (по заказу).

Охлаждение УППТ — воздушное (принудительно воздуш-
ное).
Технические характеристики устройств плавного пуска Altistart 48
на напряжение 400 В

Тип устройства	Мощность двигателя, кВт		Номинальный ток устройства, А		Масса, КГ
	Нормальный режим	Тяжелый режим	Нормальный режим	Тяжелый режим	
ATS48D17Y	7,5	5,5	17	12	4,9
ATS48D22Y	И	7,5	22	17	4,9
ATS48D32Y	15	И	32	22	4,9
ATS48D38Y	18,5	15	38	32	4,9
ATS48D47Y	22	18,5	47	38	4,9
ATS48D62Y	30	22	62	47	8,3
ATS48D75Y	37	30	75	62	8,3
ATS48D88Y	45	37	88	75	8,3
ATS48C11Y	55	45	ПО	88	8,3
ATS48C14Y	75	55	140	110	12,4
ATS48C17Y	90	75	170	140	12,4
ATS48C21Y	110	90	210	170	18,2
ATS48C25Y	132	110	250	210	18,2
ATS48C32Y	160	132	320	250	18,2
ATS48C41Y	220	160	410	320	51,4
ATS48C48Y	250	220	480	410	51,4
ATS48C59Y	315	250	590	480	51,4
ATS48C66Y	355	315	660	590	51,4
ATS48C79Y	400	355	790	660	115
ATS48M10Y	500	400	1000	790	115
ATS48M12Y	630	500	1200	1000	115

По данным фирмы «Siemens» капитальные затраты при
внедрении УППТ в 4 — 5 раз ниже, чем на частотно-
регулируемый электропривод одинаковой мощности. При
этом УППТ выполняет большую часть функций частотно-
регулируемого электропривода.

Технические характеристики УППТ Simostart MV на на-
пряжение 6/6,6 кВ приведены в табл. 8.9., Altistart 48 компа-
нии «Schneider Electric» — в табл. 8.10, MSF компании «Ето-
tron АВ» — в табл. 8.11.
Технические характеристики устройств плавного пуска MSF
иа напряжение 400 В

Тип уст- ройства	Мощность двигателя, кВт		Номинальный ток устройства, А		Масса, КГ
	Нормальный режим	Тяжелый режим	Нормальный режим	Тяжелый режим	
MSF-170	по	90	210	170	20
MSF-210	132	ПО	250	210	20
MSF-250	160	132	262	250	20
MSF-310	200	160	370	310	42
MSF-370	250	200	450	370	46
MSF-45O	315	250	549	450	46
MSF-670	400	315	710	570	64
MSF-710	450	400	835	710	78
MSF-835	560	450	900	835	80
MSF-1000	630	560	1125	1000	175
MSF-1400	930	800	1650	1400	175

8.10.	ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВ
ПЛАВНОГО ПУСКА И ТОРМОЖЕНИЯ
В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Центробежные насосы. Применение УППТ в электропри-
водах насосных агрегатов обеспечивает:

смягчение гидравлических ударов в трубопроводе при
пуске и останове;

снижение пускового тока;

сведение к минимуму механических ударов на валу двига-
теля;

защиту от недогрузки, что предотвращает повреждения,
обусловленные блокировкой трубопровода или в случае «су-
хого» хода насоса;

защиту от обратного чередования фаз (реверса), что по-
зволяет предотвратить повреждения вследствие обратного
хода насоса;

защиту от мгновенных перегрузок по току, что предот-
вращает повреждения, связанные с затягиванием в насос по-
сторонних включений;
возможность дистанционного управления;

возможность включения в АСУ ТП верхнего уровня.

Вентиляторы. Применение УППТ в электроприводах вен-
тиляционных установок обеспечивает:

увеличение срока службы муфт вследствие уменьшения
механических ударов;

уменьшение пускового тока, что позволяет осуществлять
пуск мощных вентиляторов при ограниченной мощности ав-
тономного источника электроснабжения;

защиту от смены чередования фаз, что позволяет исклю-
чить обратный ход вентилятора.

Вентиляторы градирен. Основной проблемой при эксплуа-
тации электропривода является наличие влажной агрессив-
ной среды. После длительной остановки обмотка двигателя
увлажняется, вследствие чего падает сопротивление изоляции
и при последующем включении обмотка может быть повреж-
дена. Масса приводного тихоходного двигателя вертикального
исполнения серии ВАСО с непосредственно посаженным на
его вал вентилятором может составлять до Ют. Демонтаж и
монтаж вентиляционной установки, размещаемой внутри по-
лой башни градирни, связаны со значительными материаль-
ными затратами.

Применение УППТ позволяет устранить частые пробои
изоляции обмотки двигателя за счет постоянного прогрева
обмотки при неработающем вентиляторе, улучшить условия
проведения профилактических работ. Кроме того, примене-
ние УППТ обеспечивает:

ограничение пусковых токов;

плавный пуск установки;

медленное вращение в обратном направлении, применяе-
мое с целью устранения наледи со стен башни;

стопорение колеса вентилятора (вращение которого воз-
можно за счет естественной тяги) при осмотре установки и
смазки подшипников;

контроль изоляции обмотки.

Вентиляторные установки аппаратов воздушного охлаж-
дения газа. Охлаждение газа после компрессоров на выходе
из газоперекачивающей станции и по трассе газопровода
осуществляется вентиляционными установками системы воз-
душного охлаждения газа (АВО газа). Типовая схема включа-
ет в себя до 32 вентиляционных установок с электродвигате-
лями мощностью от 30 до 55 кВт. Общее число вентиляцион-
ных установок АВО газа на магистральных газопроводах с
двигателями серии ВАСО исчисляется тысячами единиц.
Применение УППТ для электродвигателей АВО газа обеспе-
чивает:

ограничение пускового тока двигателей;

ограничение механических ударных нагрузок на оборудо-
вание;

задает требуемый темп разгона и торможения до устано-
вившейся скорости;

защиту электродвигателя от аварийных режимов.

8.11.	СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ
НАСОСОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ РОССИЙСКИХ
ИЗГОТОВИТЕЛЕЙ, ОСНАЩЕННЫЕ УСТРОЙСТВАМИ
ПЛАВНОГО ПУСКА

Станции управления СУ ЭЦН корпорации «Триол». Стан-
ции предназначены для управления центробежными электро-
насосами (ЭЦН) добычи нефти мощностью от 22 до 90 кВт.
Изготавливаемый ряд СУ ЭЦН Триол содержит три модели
на базе: асинхронного к.з. двигателя, управляемого от преоб-
разователя частоты; вентильного двигателя, управляемого от
преобразователя частоты; асинхронного к.з. двигателя, управ-
ляемого от УППТ АСИ.

Станция управления, оснащенная УППТ, обеспечи-
вает:

защиту электродвигателя и технологического оборудова-
ния в аварийных режимах;

изменение параметров режимов пуска и останова ЭЦН;

получение и передачу текущей информации состояния
ЭЦН средствами телекоммуникаций;

работу в ручном (пуск-стоп) и автоматическом (по тайме-
ру) режимах;

измерение и индикацию основных параметров электро-
двигателя ЭЦН (ток, напряжение, частота);

защиту электродвигателя ЭЦН от токовой недогрузки и в
соответствии с ампер-секундной характеристикой токовой
перегрузки, недопустимого отклонения напряжения сети с
последующим программируемым автоматическим перезапус-
ком после окончания действия аварии;

индикацию израсходованного моторесурса уста-
новки;

индикацию и запись в журнал причин аварийной останов-
ки ЭЦН и др.
Станции управления оснащены универсальным микропро-
цессорным контроллером средств автоматизации УМКА-01
эксклюзивной разработки корпорации «Триол».

Контроллер УМКА-01 является конструктивно завершен-
ным функциональным микропроцессорным устройством,
предназначенным для автоматизации ЭЦН, оптимизации ре-
жимов работы оборудования, оперативного выявления ава-
рийных ситуаций и несоответствия режимов эксплуатации
оборудования, получения оперативной информации о состоя-
нии ЭЦН на пульт оператора или по сети телемеханики.

Модификации контроллера УМКА-01 могут иметь до
25 гальванически развязанных (помехозащищенных) дис-
кретных входов-выходов и до трех каналов обмена информа-
цией (RS232, RS485, FSK, радиоканал) одновременно.

Контроллер УМКА-01 в зависимости от версии программ-
ного обеспечения может использоваться в различных иерар-
хических уровнях АСУ ТП:

на нижнем сетевом уровне в качестве устройства сбора и
передачи удаленному управляющему устройству более высо-
кого уровня технологической информации (состояние датчи-
ков разного типа), выдачи на исполнительные механизмы
воздействий от удаленного управляющего устройства более
высокого уровня и др.;

на среднем уровне в качестве администратора локальной
информационно-управляющей сети нижнего уровня (RS485,
MODBUS, до 32 устройств при длине линии до 1 км), органи-
зующего совместное выполнение абонентами сети общей
технологической задачи;

на верхнем уровне в качестве администратора куста уст-
ройств среднего уровня (FSK до 10 км или радиоканал), об-
служивающего информационно-диспетчерские функции.

В состав УМКА-01 входят следующие блоки: контроллер
технологический сетевой (КТС), питания, интерфейса RS485,
отображения данных, ввода данных. Блоки отображения и
ввода данных вместе образуют пульт управления.

Для расширения функциональных возможностей в
УМКА-01 предусмотрена установка дополнительных субмоду-
лей: приема телемеханической информации, дополнительных
входов-выходов, выносной гальванически развязанной стан-
ции управления, измерения фазных токов, измерения анало-
говых сигналов.

Станция СУ ЭЦН Триол рассчитана для работы при тем-
пературе окружающей среды от —60 до +40 °C. Шкафы
станции имеют степень защиты оболочки IP43.
Конструкция станции предусматривает повышенную сте-
пень защиты от несанкционированного доступа внутрь шка-
фа — вандалоустойчивость.

Основные компоненты, входящие в состав СУ ЭЦН Триол,
приведены в табл. 8.12.

Микроконтроллер в соответствии с программой выполня-
ет следующие функции:

непосредственный контроль сопротивления изоляции сис-
темы погружной электродвигатель-кабель и отключение элек-
тродвигателя при снижении сопротивления изоляции ниже
установленного уровня;

выбор режима работы с автоматическим периодическим
включением и отключением ЭЦН по заданной временной
программе;

выбор режима разрешения (запрета) автоматического пе-
резапуска после отключения ЭЦН по следующим причинам:
понижение сопротивления изоляции, турбинное вращение,
повышение или понижение напряжения с возможностью ус-
тановки семи уставок отключения по пониженному напря-
жению, дисбаланс напряжений, недогрузка по току, пере-
грузка по току, дисбаланс фазных токов, повышение или по-
нижение давления и др.;

регистрацию в запоминающем устройстве (с сохранением
информации при отключении питания): всех включений и
отключений электродвигателя с указанием фазных токов и
напряжений, коэффициента мощности, сопротивления изо-
ляции (аварийное значение в указанных пределах или «нор-
ма») и причины отключений (журнал аварий);

отключение электродвигателя при срабатывании датчика
вскрытия дверцы шкафа и др.

Станции управления ШГС 5805-МР. Станции разработаны
АНО «Московская энергосберегающая компания» и предна-
значены для управления погружными насосами, работающи-
ми в периодическом режиме. Выпускаются в двух исполне-
ниях по мощности: ШГС 5805-МР-01 и ШГС 5805-МР-02 для
управления соответственно погружными насосами мощно-
стью 120 и 180 кВт.

Станции оснащены тиристорными пусковыми устройства-
ми, ограничивающими пусковые токи двигателей и механи-
ческие нагрузки на погружное оборудование, в связи с чем
увеличиваются срок службы оборудования и межремонтные
периоды.

Для контроля рабочих параметров насосной установки и
двигателя, связи с системой телеметрии, а также вывода
460
Таблица 8.12

Основные компоненты станций управления электроцентробежных насосов добычи нефти СУ ЭЦН Триол

Тип СУ	Тип преобразо- вателя частоты, входящего в со- став СУ	Мощность двигателя на- соса, кВт	Номинальный ток двигателя, А	Напряжение пи- тания преобра- зователя часто- ты, В	Тип двигателя насоса	Тип устройства плавного пус- ка, входящего в СУ
СУ ЭЦН	АТ04-022	22	45	400	Асинхронный к.з.	АСИ-01
Триол 01	АТ04-037	37	75	400	Асинхронный к.з.	АС 11-02
	ВТ04-022	22	40	400	Вентильный	
	ВТ04-055	45	75	400	Вентильный	
СУ ЭЦН	АТ04-055	55	110	400	Асинхронный к.з.	АС11-03
Триол 02	АТ04-075	75	150	400	Асинхронный к.з.	АСИ-04
	АТ04-090	90	180	400	Асинхронный к.з.	АС11-04
	ВТ04-075	65	110	400	Вентильный	
	ВТ04-110	90	150	400	Вентильный	

СП
скважины на требуемый режим, в состав станции ШГС 5805-
МР-02 входит блок регулирования и защиты БРИЗ. Блок
обеспечивает расширенный набор функций, например, защи-
ту от несимметрии токов и напряжений, ток двигателя изме-
ряется во всех трех фазах, ведется запись большого числа
рабочих параметров установки, упрощен просмотр и уста-
новка уставок защит.

Контроллер имеет систему внутреннего подогрева, обеспе-
чивающую надежную работу при низких температурах, а
энергонезависимая память позволяет при исчезновении пи-
тания длительное время сохранять параметры управления и
его архив.

Запись в архив возможно осуществлять через задаваемые
интервалы времени или можно записывать по факту измене-
ния одного или нескольких контролируемых параметров на
заданное значение.

Для съема информации из блоков БРИЗ могут поставлять-
ся пульты считывания информации БРИЗ-МАСТЕР, которые
позволяют хранить информацию и переносить ее на ПК. С
помощью программы «Супервайзер» можно систематизиро-
вать, обрабатывать и представлять в графическом виде на ПК
информацию о работе скважины.

Программа позволяет получать графические зависимости
во времени следующих величин: напряжение; ток, потреб-
ляемый двигателем; сопротивление изоляции; коэффициент
мощности и др.

При необходимости имеется возможность экспортировать
данные в Microsoft Excel.

Программа «Супервайзер» работает в ОС Windows
95/98/2000/ХР, имеет следующие минимальные требования к
системе: 32 Мб ОЗУ, 2 Мб на жестком диске и 2 Мб видео-
карта.

Технические характеристики станции ШГС 5805-МР при-
ведены в табл. 8.13.

Станция управления ШГС 5805 ЗАО «Нефтяная электрон-
ная компания». Стандартная станция в зависимости от тре-
бований, предъявляемых к системе управления ЭЦН, может
иметь различную комплектацию:

ШГС 5805 НЭК Ф-500П укомплектована блоком управле-
ния БРГ-01 и устройством плавного пуска ФАЗЕР-500П;

ШГС 5805 НЭК МБФ-500П — блоком управления Мини-
БЭУС и устройством плавного пуска ФАЗЕР-500П.

Устройство плавного пуска ФАЗЕР-500П рассчитано на
напряжение 380 В трехфазной сети, номинальный ток 500 А
462
Таблица 8.13

Технические характеристики станций управления электроцентробежных
иасосов добычи нефти ШГС 5805-МР

Параметры	ШГС 5805-МР-01	ШГС 5805-МР-02
Номинальная мощность двигателя, кВт, не более	120	180
Номинальное напряжение сети, В	380	380
Частота тока сети, Гц	50	50
Допустимые колебания напряжения сети	-30 - +25%	-30 - +25 %
Номинальный ток силовой цепи, А, не более	250	400
Номинальный ток коммутационного аппарата, А	250	440
Тип контроллера  Устройство плавного пуска:	БРГ-М-101	БРИЗ
пуск, потенциальный сигнал, В	20-30	20-30
останов, отсутствие сигнала управ- ления	—	—
время пуска (регулируемое), с	0,1-60	0,1-60
Тип инртерфейса	RS485	RS485
Диапазон рабочих температур, °C	-50 - +45	-50 - +45

и максимальную мощность подключаемого двигателя 125 кВт.
Конструктивно выполнено для установки внутрь станции
управления ЭЦН.

С помощью контроллера МиниБЭУС реализованы защиты,
требуемые для безопасного функционирования ЭЦН от: не-
догрузки и перегрузки по току, понижения и превышения
напряжения сверх допустимых значений, неполнофазного
режима, дисбаланса напряжений фаз, смены чередования
фаз, турбинного вращения и др.

Контроллер обеспечивает возможность просмотра до 20
измеряемых параметров и около 70 параметров программи-
рования режимов работы ЭЦН, что позволяет задать режимы
работы: ручной, непрерывный, однократный, по заданной
временной программе, с автоматическим перезапуском по
ошибкам, либо с блокировкой.

Контроллер имеет энергонезависимую память для хране-
ния архивов: аналоговых данных (токи и напряжения в каж-
дой фазе, сопротивление изоляции, потребляемая мощность);
дискретных состояний (причины включений и отключений);
изменений параметров (дата и время изменения параметра,
номер параметра, старое и новое значение). При установке
шага записи аналоговых сигналов в 30 мин объем памяти
достаточен для непрерывной регистрации информации в те-
чение полугода.

Контроллер МиниБЭУС имеет в своем составе интерфейс
RS485, поддерживает протокол MODBUS RTV, что позволяет
легко интегрировать его в промышленные сети.

Станции управления ООО «Борец». Компания осуществ-
ляет выпуск станций серий: Борец-01, Борец-11, Борец-
01УМВ, Борец-02. Станции управления Борец-01П, Борец-
01МП, Борец-01УМВП, Борец-02 оснащены устройствами
плавного пуска.

Технические характеристики станций управления, осна-
щенных устройством плавного пуска, приведены в табл. 8.14.

Все станции оборудованы жидкокристаллическим диспле-
ем и энергонезависимой памятью, обладают большим набо-
ром функций управления. Информация о работе двигателя
выводится на двухстрочный буквенно-цифровой дисплей на
русском или английском языке, а не в закодированном виде,
что существенно повышает наглядность представления ин-

Таблица 8.14

Технические характеристики станций управления
электроцентробежных иасосов добычи нефти ООО «Борец»

	Тип станции		
Параметр	Борец-01П, Борец-01МП	Борец- 01УМВП	Борец-02
Номинальное напряжение, В		380, 50 Гц	
Диапазон отклонения на- пряжения от номинального значения, %	От -30 до +25	От -30 до +25	От -25 до +20
Номинальный ток силовой цепи, А	250, 400, 630	250, 400, 630	400, 630
Температурный диапазон, °C	От —60 до +60	От —60 до +60	От -50  до +40
Степень защиты	IP43	IP 43	IP43
Коммутационные аппараты	Вакуумный контактор КВТ- 1,14, контактор CK12BE311N (63ОА)		—
Тип контроллера	Каскад 1-100	Каскад 2-200	Квант
формации. В энергонезависимой памяти контроллера хранит-
ся информация о причинах 63 последних включений (отклю-
чений). Протокол работы позволяет вести архив событий с
указанием причин, текущего времени события и его пара-
метров. Благодаря энергонезависимой памяти, информация о
параметрах работы станции сохраняется при отключении пи-
тания на промысле. Для дальнейшей обработки данные могут
быть считаны на переносной компьютер, блок считывания и
ввода параметров или переданы в систему АСУ по стандарт-
ному интерфейсу RS485.

Блок считывания и ввода параметров входит в комплект
запасных инструментов и приборов к станции управления и
ремкомплект. По согласованию с заказчиком станции управ-
ления могут комплектоваться переносным компьютером.

Станция управления Борец-01МВП оснащена контрол-
лером нового поколения Каскад 2-200, который внутри
содержит все необходимые источники питания, измеритель-
ные и входные цепи. В результате в станции практически от-
сутствуют цепи управления, она состоит в основном из сило-
вых элементов. Это позволило сделать станцию малогабарит-
ной, упростить обслуживание и повысить ее ремонтоспособ-
ность.

При разработке конструкции шкафа и программы кон-
троллера были учтены опыт эксплуатации различных станций
и предложения специалистов цехов промыслового обслужи-
вания. Применено много оригинальных функций, которые
отсутствовали в станции управления Борец-01. Объем памяти
в 64 раза превышает объем станции управления Борец-01.
Контроллер имеет четыре ступени доступа к изменению ус-
тавок и фиксирует прежние значения, а также время каждо-
го изменения.

Возможно исполнение станции с термоманометрической
системой.

Станция управления серии Электон-07. Станция управле-
ния производства ЗАО «Электон» (Россия) предназначена для
управления и защиты погружных электродвигателей электро-
насосов добычи нефти. Станция оснащена устройством плав-
ного пуска, который обеспечивает:

мягкий пуск для штатных включений электродвигателя с
программируемым пусковым током от 100 до 500 % от номи-
нального значения, программируемое время разгона двигате-
ля от 0 до 10 с;

пуск с толчком, требующий повышенный пусковой мо-
мент, с последующим переходом в режим мягкого пуска.
Программируемое время толчка от 0 до 1,0 с (дискретностью
20 мс), программируемое время разгона от 0 до 10 с и ток
толчка от 100 до 500 % от номинального значения;

пуск на пониженной частоте для включений, требующих
повышенного пускового момента, с последующим переходом
в режим мягкого пуска. Программируемое время работы на
пониженной частоте от 0 до 2,0 с с дискретностью 20 мс,
программируемый рабочий ток при работе на пониженной
частоте от 100 до 300 % от номинального значения;

пуск с прямым включением для режимов, допускающих
прямое включение двигателя в сеть.

Применение устройства плавного пуска позволяет:

ограничить пиковые механические нагрузки на двигатель
и передаточный механизм;

ограничить пусковой ток двигателя;

в ряде случаев исключить применение муфт скольжения и
гидромуфт;

выполнять коммутацию контактора при отсутствии тока.

Технические характеристики СУ Электон-07

Номинальное значение напряжения, В................

Частота тока сети, Гц.............................

Диапазон отклонения питающего напряжения от номи-
нального значения, %..............................

Номинальный ток, А, не более......................

Мощность подключаемого электродвигателя, кВт......

Температурный диапазон, °C........................

Степень защиты....................................

Габаритные размеры, мм............................

Масса, кг, не более...............................

380
50+1

-25 - +20
400 (630, 800)
До 125 (180, 250)
-60 - +40
IP43
1735x906x752
230 (235, 500)

Станция управления оснащена контроллером, который по-
зволяет максимально автоматизировать работу насосной ус-
тановки. Контроллер установлен на передней панели стан-
ции, имеет встроенный буквенно-цифровой двухстрочный
ЖКИ с 16 знаками в каждой строке. Информация выводит-
ся не в закодированном виде, а с полным названием на рус-
ском языке, что делает ее доступной и понятной.

Особенности контроллера:

выбор режимов работы и ввод уставок осуществляются с
пленочной клавиатуры;

имеется энергонезависимая память, что позволяет дли-
тельно хранить всю информацию при отсутствии питания;

для подключения к системе телемеханики по протоколу
MODBUS имеется встроенный интерфейс RS485. Информа-
ция о работе станции может быть считана в портативный
компьютер или в блок съема информации БСИ-03 для даль-
нейшего анализа работы насосной установки и занесения
информации в базу данных;

запись текущих значений параметров в память осуществ-
ляется с тремя регулируемыми интервалами;

оснащается ЖКИ с повышенными яркостью и контраст-
ностью;

имеются надежная система внутреннего подогрева и до-
полнительный подогрев ЖКИ;

имеются клавиши, подсвеченные изнутри для удобства ра-
боты в темное время суток;

съем, обработка информации, изменение уставок и орга-
низации базы данных осуществляются в ОС Windows одной
программой, что позволяет представить и распечатать раз-
личные параметры в табличном и графическом виде для ве-
дения статистики;

имеется возможность подключения погружной телемет-
рии, электроконтактного манометра и др.
Глава 9

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ОТБОРА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

9.1. ПОЛОЖЕНИЯ О ПОРЯДКЕ АТТЕСТАЦИИ И ОТБОРА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ

НА ОБЪЕКТАХ ОАО «ГАЗПРОМ»

Условия рыночной экономики обеспечивают потребителям
доступ к отечественным и зарубежным производителям энер-
гетического оборудования. На рынок поступает продукция
различного качества в широком диапазоне цен. Потребителю
сложно осуществить оптимальный выбор необходимого обо-
рудования в условиях недостаточной объективной информа-
ции о производителях оборудования и качестве их продук-
ции. В этих условиях на первый план выступают требования
объективной оценки технических параметров энергетическо-
го оборудования, его соответствия условиям эксплуатации на
объектах ОАО «Газпром» и Федеральным нормам промыш-
ленной безопасности, которые реализуются введением сис-
темы отбора и аттестации оборудования. Для оказания мето-
дической помощи дочерним обществам, проектным институ-
там и другим организациям ОАО «Газпром» в процессе вы-
бора энергетического оборудования, упорядочения этого
процесса ОАО «Газпром» и ООО «ВНИИГАЗ» разработали
корпоративный стандарт СТО Газпром РД 5.2-093 — 2004 «По-
ложение о порядке аттестации и отбора энергетического
оборудования для применения на объектах ОАО «Газпром»,
введенный в действие с 1 июня 2004 г.

Аттестация и отбор энергетического оборудования пресле-
дуют следующие цели:

предотвращение использования на объектах ОАО «Газ-
пром» энергетического оборудования, не соответствующего
по своим характеристикам требованиям и условиям приме-
нения, а также требованиям отраслевых и государственных
стандартов;
экономия средств за счет централизации работ по отбору
и аттестации оборудования;

предотвращение финансовых потерь ОАО «Газпром», обу-
словленных приобретением энергетического оборудования,
не соответствующего по техническим параметрам условиям
применения и стандартам;

сокращение номенклатуры однотипного энергетического
оборудования, применяемого на объектах ОАО «Газпром»;

создание базы данных об энергетическом оборудовании
зарубежного и отечественного производства и производите-
лей, допущенного к использованию на объектах ОАО «Газ-
пром».

Номенклатура энергетического оборудования, подлежаще-
го аттестации и отбору, включает следующие группы:

электротехническое оборудование и комплектующие изде-
лия высокого и низкого напряжения;

электростанции собственных нужд (поршневые и газотур-
бинные);

средства контроля, измерений и телемеханики, а также
системы автоматического управления различного уровня;

теплоэнергетическое оборудование, а также оборудова-
ние систем водоснабжения и канализации.

Более подробный перечень оборудования представлен в
табл. 9.1. Руководящий документ (РД) является обязательным
для применения при аттестации единичных образцов энерге-
тического оборудования, а также уникального, наукоемкого
оборудования (например, испытательных стендов, исследова-
тельских лабораторий, энергоисточников на топливных эле-
ментах и т.п.).

При аттестации и отборе предпочтение отдается обо-
рудованию, которое имеет преимущества по основным тех-
ническим параметрам и характеристикам, определяемым
по результатам заключений, полученных в ходе прове-
дения испытаний. При отборе анализируют и учитывают
опыт эксплуатации оборудования в других отраслях промыш-
ленности. При этом наряду с другими параметрами учиты-
вают:

гарантийные обязательства производителя;

параметры надежности (срок службы, ресурс, наработка
на отказ и др.);

экологические параметры, охрану окружающей среды;

техническое обслуживание и ремонт, ремонтопригодность;

условия поставки запчастей и сборочных единиц по исте-
чении срока гарантии;
Номер	Оборудование
1	Электрооборудование высокого напряжения
1.1  1.2  1.3  1.4	Электрооборудование для газоперекачивающих агрегатов  Регулируемый электропривод  Системы возбуждения генераторов и синхронных двигателей Емкостные и емкостно-индуктивные устройства компенсации ре- активной мощности, фильтрокомпенсирующие устройства
1.5	Комплектные распределительные устройства и трансформаторные
1.6  1.7	подстанции  Разрядники, ограничители перенапряжений  Силовые тиристорные преобразователи для пусковых устройств
1.8	синхронных машин  Установки резисторные для заземления нейтралей высоковольтных сетей
1.9  1.10	Устройства заземления  Электростанции собственных нужд газотурбинные и поршневые (включая комплектующие)
2	Электрооборудование низкого напряжения
2.1  2.2	Электродвигатели, регулируемый электропривод  Низковольтное комплектное устройство (НКУ), распределительные
2.3  2.4  2.5	устройства низкого напряжения (НН)  Аппаратура и системы бесперебойного питания  Аккумуляторные батареи и установки  Оборудование и приспособления для ремонта и эксплуатации, нс-
2.6  2.7	питательные лаборатории  Зарядно-подзарядные устройства  Станции катодной защиты, оборудование для контроля и измере- ния параметров катодной защиты
3	Средства контроля и измерений
3.1	Системы и аппаратура диагностики состояния электрооборудова- ния, лаборатории
3.2	Регистраторы показателей работы электрооборудования и аварий- ных событий
3.3	Аппаратура контроля изоляции и определения мест повреждений в электрических сетях (воздушных и кабельных)
3.4  3.5  3.6	Теплосчетчики  Электросчетчики  Электрические измерительные приборы
4	Средства автоматизированных систем управления
4.1	Автоматизированные системы контроля и управления электропо- треблением (АСКУЭ) — системы в целом и их аппаратура
5	Тепломеханическое и теплоэнергетическое оборудование
5.1  5.2  5.3  5.4  5.5  5.6	Паровые котлы и котельные Водогрейные котлы и котельные Экономайзеры  Горелочные устройства Воздухоподогреватели Парогазовые установки (ПГУ)
Продолжение табл.9.1

Номер	Оборудование
5.7	Теплогенераторы
5.8	Тепловые насосы
5.9	Канализационные очистные сооружения
5.10	Водоочистные сооружения
5.11	Теплоизоляционные и уплотнительные материалы
5.12	Деаэрационные установки
5.13	Насосное оборудование, струйно-насосные аппараты
5.14	Оборудование редукционно-охладительных установок
5.15	Запорная, регулирующая и предохранительная арматура
5.16	Оборудование химводоочистки и блочных обессоливающих уста-
	новок
5.17	Оборудование систем технического водоснабжения
5.18	Градирни
5.19	Комплекс оборудования парогазовых энергетических установок

требования безопасности в соответствии с Федеральным
законом от 21.07.97 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопас-
ности опасных производств»;

климатическое исполнение;

наличие сервисного обслуживания;

утилизацию после завершения жизненного цикла.

При одинаковых или сопоставимых технических характе-
ристиках отбор оборудования осуществляется с учетом дру-
гих показателей, например, наличие производственной базы,
перспективы производства более совершенного оборудования
и др. Обязательно принимаются во внимание характеристики
производителя оборудования (наличие сертификации произ-
водства по ИСО 9000, наличие системы качества продукции и
др.), которые выявляются в ходе аттестации.

Источниками информации при осуществлении аттестации
и отбора энергетического оборудования являются:

информационные материалы предприятий и фирм;

рекламные продукты;

результаты исследований и разработок научно-исследова-
тельских и проектных институтов.

Для участия в конкурсном отборе должен быть представ-
лен пакет технической документации, включающий:

техническое описание и инструкцию по эксплуатации обо-
рудования;

спецификацию;

технические условия на оборудование;

технико-коммерческое предложение;

сертификат соответствия или декларация о соответствии
(для продукции, подлежащей обязательной сертификации в
соответствии с законодательством РФ);
сертификат соответствия (при добровольной сертифика-
ции для продукции, не подлежащей обязательной сертифика-
ции);

протокол и акт приемочных испытаний (для нового обору-
дования) ;

разрешение на применение оборудования на опасных
производственных объектах ОАО «Газпром», выданное
Госгортехнадзором России;

информацию о предприятии-изготовителе оборудования,
включающую сертификат соответствия системы менеджмен-
та качества предприятия требованиям ИСО 9000 (при нали-
чии) и др.;

ориентировочную стоимость оборудования (прайс-лист).

Для вновь разрабатываемого оборудования дополнительно
представляются протоколы и акты межведомственных прие-
мочных испытаний с участием представителя ОАО «Газ-
пром».

Для оборудования иностранного производства дополни-
тельно представляют:

национальные стандарты, стандарты МЭК;

методику проведения контрольных испытаний (проверок);

порядок технического обслуживания (диагностирования) и
ремонта;

соответствующий национальный (или международный)
сертификат для взрывозащищенного электрооборудования.

Документация представляется на русском языке.

Участниками системы аттестации и отбора энергетическо-
го оборудования в ОАО «Газпром» являются:

Управление энергетики ОАО «Газпром»;

головные экспертные организации аттестации и отбора
энергетического оборудования — ООО «ВНИИГАЗ», ОАО
«Промгаз»;

специализированные экспертные организации по аттеста-
ции и отбору отдельных видов энергетического оборудова-
ния;

экспертные комиссии.

Аттестация и отбор энергетического оборудования осуще-
ствляются на основании заявки и пакета прилагаемой доку-
ментации, направляемых в Управление энергетики ОАО
«Газпром». Составляется заявка на проведение экспертизы по
оценке соответствия (указать вид энергетического оборудо-
вания) изготовляемого (указать изготовителя или поставщика
оборудования) оборудования требованиям государственных и
отраслевых стандартов России, условиям применения на
472
предприятиях ОАО «Газпром» и дополнительным требовани-
ям покупателя. В Приложении перечисляется пакет техниче-
ской документации. Заявка оформляется на бланке предпри-
ятия и подписывается руководителем предприятия.

Управление энергетики ОАО «Газпром» осуществляет
предварительное рассмотрение заявки и пакета документа-
ции, определяет головную экспертную организацию и пере-
дает ей пакет документации.

Головная экспертная организация направляет уведомление
заявителю о приемке к рассмотрению его заявки, подготав-
ливает договор с заявителем на проведение аттестации обо-
рудования, направляет пакет документов в экспертную ко-
миссию.

Экспертная комиссия по аттестации и отбору оборудова-
ния подготавливает и направляет на утверждение экспертное
заключение. Апелляция на заключение экспертной комиссии
направляется заявителем в Управление энергетики, где долж-
на быть рассмотрена в течение одного месяца с момента по-
лучения.

Экспертное заключение утверждается руководством
Управления энергетики ОАО «Газпром». Головные эксперт-
ные организации составляют реестр аттестованного энерге-
тического оборудования. Информацию об отобранном обору-
довании Управление энергетики передает в заинтересован-
ные организации, осуществляющие закупки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Абрамов Б.И., Авдицкий Е.И, Коган А.И. и др. Современное и перспек-
тивное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до
3900 м//Электротехника. — 2001. - № 1.

2.	Абрамов Б.И., Коган А.И., Моцохейн Б.И, и др. Современные концепции
автоматизированного электропривода для электротехнических комплексов
горных машин и буровых установок//Электротехника. — 2002. — № 3.

3.	Абрамов Б.И., Дрожжин А.С., Дронов А.С. Частотно-управляемые элек-
троприводы на базе высоковольтных преобразователей//Электротехника. —
2001. - № 1.

4.	Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов (АС-
КУЭР) для объектов ЕСГ ОАО «Газпром». Унифицированные проектные
решения//ОАО «Газпром», ДОАО «Оргэнергогаз», ДОАО «Газпроектинжи-
ниринг», 2000.

5.	Аксенов В.Е., Мартыненко В.А. Мускатиньев В.Г. и др. IGBT модули
производства ОАО «Электровыпрямитель»//Электротехника. — 2001. —
№ 12.

6.	Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Но-
вые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой
промышленности. — М.; Недра, 2002.

7.	Браславский И.Я., Ишматов Э.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий
асинхронный электропривод: Учеб, пособие для вузов. — М.: Издательский
центр «Академия», 2004.

8.	Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характе-
ристики, применение. — М.: Издательский дом Додека-ХХ1, 2005.

9.	Дацковский Л.Х., Кузнецов И.С., Роговой В.И. и др. К вопросу приме-
нения быстроходных частотно-регулируемых электроприводов магистраль-
ных газопроводов// Электротехника. — 2001. — № 1.

10.	Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: Учеб, пособие для вузов. —
2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МЭИ, 2003.

11.	Каталог энергетического оборудования и электротехнических изде-
лий, рекомендованных к применению на объектах ОАО «Газпром», 2005.

12.	Каталоги фирм: «Триол», ООО «Борец», ЗАО «Нефтяная электронная
компания», АНО «Московская энергосберегающая компания», ЛВВ,
«Siemens», «Schneider Electric», «Emotron АВ», «N-Power» и др.

13.	Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. — 2-е изд.,
доп. и перераб. — М.: Энергоатомиэдат, 1998.

14.	Ковалев В.Д., Евсеев Ю.А., Сурма А.М. Элементная база силовой полу-
проводниковой электроники в России. Состояние и перспективы разви-
тия//Электротехника. 2005. — № 8.

15.	Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для ву-
зов. — СПб.: Санкт-Петербургское отделение Энергоатомиэдат, 2000.

16.	Колчерин В.Г., Колесников И.В., Копылов В.С., Баренбой М.Ю. Новое
поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири. —
Сургут: ГУП ХМАО, «Сургутская типография», 2000.

17.	Лазарев Г.Б. Мощные высоковольтные преобразователи частоты
для регулируемого электропривода в электроэнергетике//Электротехника.
2005. - № И.

18.	Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки
и комплексы в нефтегазовой промышленности: Учебник для вузов. — М.:
Недра, 2000.
19.	Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М., Шпилевой В.А. Электропривод, элек-
трооборудование и электроснабжение буровых установок. — Тюмень: Изд-во
«Тюмень», 1999.

20.	Попков 0.3, Основы преобразовательной техники: Учеб, пособие для
вузов. — М.: Изд-во МЭИ, 2005.

21.	ПОТ Р М-016 — 2001. РД 152-34.0-03.150 — 00. Межотраслевые правила
по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустано-
вок/Утверждено Министерством энергетики РФ, приказ № 163 от 27.12.2000
и Министерством труда и социального развития РФ, постановление № 3 от
05.01.2001.

22.	Правила устройства электроустановок/ 6-е и 7-е изд., перераб. и доп.,
с изменениями. — М.: ЗАО «Энергосервис», 2006.

23.	Правила технической эксплуатации электроустановок потребите-
лей/Утверждено Минэнерго России, приказ № 6 от 13.01.2003.

24.	Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования. Учеб, по-
собие для вузов/Под ред. И.П. Крючкова и В.А. Старшинова. — М.: Издатель-
ский центр «Академия», 2005.

25.	Расчет оценки экономического эффекта от внердрения АСКУЭ//
ОАО «Газпром», ООО «НИИгазэкономика», 2000.

26.	Российская газовая энциклопедия/Гл. ред. Р. Вяхирев. — М.: Большая
Российская энциклопедия, 2004.

27.	Садовский С.И., Шаварин В.Н. Энергосбережение на основе регу-
лируемого электропривода: проблемы и решения//Промышленная энергети-
ка. - 2004. - № 9.

28.	СТО Газпром РД 5.2-093 - 2004. Положение о порядке аттестации и
отбора энергетического оборудования для применения на объектах ОАО
«Газпром»/ОАО «Газпром», ВНИИГАЗ. — 2004.

29.	Сумепков Н.Г., Эпштейн В.Г. Буровое оборудование ОАО «Уралмаш»
для морских платформ//Нефтегазовая вертикаль. — 2001. — № 8.

30.	Терехов В.М., Осипов В.И. Системы управления электроприводов:
Учебник для вузов. — М.: Издательский центр «Академия», 2005.

31.	Федеральный закон РФ «Об энергосбережении», № 28-ФЗ от 03.04.96.

32.	Федеральный закон РФ «О промышленной безопасности опасных
производственных объектов», № 116-ФЗ от 21.07.97. Собрание законодатель-
ства РФ, 1997, № 30.

33.	Шавелкин А.А. Вариант схемы многоуровневого преобразователя час-
тоты для электропривода среднего напряжения//Электротехника. — 2005. —
№ И.

34.	Электротехнический справочник. В 4 т. — Т. 2 —4. Электротехниче-
ские изделия и устройства/Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. — 8-е изд.,
испр. и доп. — М.: Изд-во МЭИ, 1998-2002.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие...................................................... 5

Введение......................................................... 7

Глава 1. Электростанции собственных	нужд........................ 11

1.1.	Основные нормативные документы по применению электростан-
ций собственных нужд на объектах ОАО «Газпром».................. 11

1.2.	Область применения электростанций собственных нужд, режимы
работы, основные требования..................................... 13

1.3.	Применение электростанций собственных нужд в качестве ава-
рийных источников............................................... 19

1.4.	Электростанции собственных нужд, рекомендованные к приме-
нению на объектах ОАО «Газпром»................................. 22

Глава 2. Комплектные трансформаторные подстанции. Распредели-
тельные устройства. Системы защиты, контроля и управления....	46

2.1.	Комплектные трансформаторные подстанции.................... 46

2.2.	Комплектные распределительные устройства на напряжение
6(10) кВ........................................................ 49

2.3.	Комплектные распределительные устройства на напряжение до
1000 В.......................................................... 76

2.4.	Цифровые устройства релейной защиты и автоматики отечест-
венных разработчиков............................................ 81

2.5.	Вакуумная коммутационная техника........................... 90

2.6.	Специальное электротехническое	оборудование................ 104

Глава 3. Автоматизация объектов электрообеспечення ОАО «Газ-
пром» ......................................................... 115

3.1.	Основные положения автоматизации объектов энергообеспечения
ОАО «Газпром».................................................. 115

3.2.	Автоматизированные системы контроля и учета энергопотребле-
ния	 123

Глава 4. Аккумуляторные батареи. Системы н источники беспере-
бойного питания................................................ 156

4.1.	Типовые технические требования по применению и унификации
свинцово-кислотных аккумуляторных батарей на объектах ОАО «Газ-
пром».......................................................... 156

4.2.	Аккумуляторные батареи VARTA.............................. 163

4.3.	Системы бесперебойного питания............................ 168

4.4.	Источники бесперебойного питания.......................... 170

Глава 5. Элементная база и схемотехника устройств силовой элек-
троники........................................................ 183

5.1.	Современная элементная база силовой электроники........... 183

5.2.	Выпрямители............................................... 196

5.3.	Инверторы................................................. 210
5.4.	Преобразователи частоты.................................... 216

5.5.	Реверсивные тиристорные преобразователи.................... 223

5.6.	Системы управления полупроводниковыми преобразователями..	229

5.7.	Защита полупроводниковых преобразователей.................. 233

5.8.	Реверсивные электроприводы постоянного тока по системе тири-
сторный преобразователь-двигатель............................... 238

5.9.	Способы повышения коэффициента мощности электроприводов с
полупроводниковыми преобразователями............................ 244

Глава 6. Системы электроприводов исполнительных механизмов
современных буровых установок................................... 246

6.1.	Основные типы регулируемого электропривода буровых устано-
вок современных моделей......................................... 246

6.2.	Краткие сведения о системах подчиненного управления электро-
приводов ....................................................... 252

6.3.	Основные типы регуляторов, применяемых в системах управле-

ния электроприводов исполнительных механизмов буровых установок 255

6.4.	Электропривод буровых насосов.............................. 261

6.5.	Электропривод ротора....................................... 272

6.6.	Электропривод силового вертлюга............................ 276

6.7.	Электропривод спускоподъемного	агрегата.................... 280

6.8.	Автоматические регуляторы подачи долота.................... 289

6.9.	Основные технические характеристики современных моделей
буровых установок с электрическим и дизель-электрическим приво-

дом ............................................................ 296

6.10.	Типовые структуры электротехнических комплексов буровых
установок....................................................... 303

6.11.	Направления совершенствования систем управления электро-
приводов исполнительных механизмов буровой установки............ 312

Глава 7. Частотно-регулнруемые электроприводы................... 324

7.1.	Общие сведения о современных частотно-регулируемых элек-
троприводах .................................................... 324

7.2.	Область применения частотно-регулируемых электроприводов в
нефтегазовой промышленности..................................... 333

7.3.	Основные законы скалярного управления частотно-регулируемых
электроприводов................................................. 336

7.4.	Эффективность применения частотно-регулируемых электропри-
водов........................................................... 341

7.5.	Частотно-регулируемый электропривод с вентильным двигателем. 345

7.6.	Частотно-регулируемые электроприводы российских изготовите-
лей 	 349

7.7.	Преобразователи частоты концерна АВВ....................... 355

7.8.	Преобразователи частоты фирмы «Siemens».................... 367

7.9.	Преобразователи частоты компании «Schneider Electric»...... 378

7.10.	Частотно-регулируемый электропривод технологических устано-
вок магистрального транспорта углеводородного сырья............. 382

7.11.	Станции управления частотно-регулируемых электроприводов
технологических установок механизированной добычи нефти.......	403

Глава 8. Устройства плавного пуска и торможения электроприводов
технологических установок в нефтегазовой промышленности.......	417

8.1.	Преимущества устройств плавного пуска по сравнению с тради-
ционными пусковыми устройствами................................. 417

8.2.	Принцип действия и система управления...................... 421

8.3.	Диаграмма изменения напряжения на зажимах статора двигате-
ля. Основные типы управления.................................... 424
8.4.	Критерии выбора устройства плавного пуска................. 428

8.5.	Особые случаи применения.................................. 433

8.6.	Функции защит устройства плавного пуска и двигателя....... 436

8.7.	Функции контроля.......................................... 440

8.8.	Программные средства настройки............................ 442

8.9.	Технические характеристики устройств плавного пуска россий-
ских и зарубежных фирм......................................... 446

8.10.	Область применения устройств плавного пуска и торможения в
электроприводах технологических установок нефтегазовой промыш-

ленности....................................................... 456

8.11.	Станции управления электроцентробежных насосов добычи
нефти российских изготовителей, оснащенные устройствами плавного

пуска.......................................................... 458

Глава 9. Организационные вопросы отбора энергетического обору-
дования ....................................................... 468

9.1. Положения о порядке аттестации, и отбора энергетического обо-
рудования для применения на объектах ОАО «Газпром» ............ 468

Список литературы.............................................. 474
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ

Белоусенко Игорь Владимирович
Шварц Гаррий Родионович
Великий Сергей Николаевич
Ершов Михаил Сергеевич
Ярнзов Анатолий Данилович

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Заведующий редакцией С.А. Скотникова
Редакторы издательства О.Ф. Приклонская, С.А. Скотникова
Переплет художника Н.И. Терехова
Художник-график Н.П. Новикова
Технический редактор Л.Н. Фомина
Корректор Е.М. Федорова

Компьютерная верстка Л.П. Ушанкина

Изд. лиц. № 071678 от 03.06.98. Подписано в печать с репродуцированного
оригинал-макета 29.03.07. Формат 60x88 '/щ. Гарнитура «Балтика».
Печать офсетная. Усл. печ. л. 29,4.	Уч.-изд. л. 28,0. Дополнительный ти-

раж 300 экз. Заказ 644/1139

ООО «Недра-Бизнесцентр»

125047, Москва, пл. Тверская Застава, 3

E-mail: business@nedraimfonn.ru, biblioteka@nedrainfonn.ru
www.nedrainform.ru

ППП «Типография «Наука» Академиздатцентр РАН

121099, Москва, Шубинский пер., 6