Кремниевые выпрямители имеют существенные преимущества перед ртутными выпрямителями: высокий коэффициент полезного действия, способность выдерживать температуру до -50°С, надежность и практически неограниченный срок службы. К тому же выпрямительные блоки поступают от заводов-изготовителей в таком виде, что после очистки от пыли и проверки они могут быть установлены на проектных местах и быстро введены в эксплуатацию.
Особые преимущества дает применение кремниевых выпрямительных установок для питания электролизных ванн предприятий электролиза алюминия и никеля, на которых токи достигают 150-200 кА, а также ряда химических производств (магния, калия, натрия, хлора, кислорода), где электрические нагрузки доходят до 120 кА. На перечисленных предприятиях затраты на электроэнергию составляют до 70% общих производственных расходов.
Промышленность поставляет выпрямительные агрегаты на разные токи и номинальные напряжения. Для предприятий электролиза, в частности, выпускаются выпрямительные агрегаты типа ВАК на номинальный выпрямленный ток 25 кА и номинальное выпрямленное напряжение 425 и 850 В. В комплект агрегата входит силовой трансформатор с масляным охлаждением типа ТДРУНГ или других соответствующих параметров; в цепи вторичных обмоток трансформатора включаются разъединители и короткозамыкатели, сглаживающие дроссели и дроссели насыщения, выпрямительный блок с предохранителями в цепи кремниевых вентилей, блок защит и стабилизации тока и щит управления агрегатом.
Шкаф выпрямительных блоков состоит из металлической конструкции с блоками кремниевых выпрямителей и предохранителей. В верхней части шкафа размещается ветровое реле или сигнализатор охлаждения, контролирующие скорость движения охлаждающего воздуха. Для удобства обслуживания шкаф разделяют изоляционной перегородкой на две половины, что обеспечивает свободный доступ к аппаратуре — блоки полупроводниковых вентилей вставляют в шкаф с двух сторон. Вентили выпрямительного блока соединяются по последовательно-параллельной схеме.
Для равномерного распределения обратного напряжения между вентилями параллельно каждому из них подключены сопротивления Яш и активно-емкостные цепочки; между параллельными ветвями вентилей подключены сопротивления связи.
Блочная конструкция шкафа полупроводниковых вентилей удобна при ревизии агрегата и позволяет быстро заменять неисправленные элементы выпрямительного агрегата. В шкафу монтируются вентили и предохранители и их цепи одной фазы выпрямительной установки.
Распределительные устройства выпрямленного тока напряжением 425 В, как правило, поставляются промышленностью и собираются на МЗУ в монтажные блоки. Комплектные блоки доставляют в монтажную зону и размещают на проектных местах. После монтажа ошиновки они могут быть быстро подготовлены к включению.
На МЗУ также собираются блоки электрооборудования переменного тока, заготовляется сложная ошиновка трансфоматоров выпрямительных агрегатов.
Весьма ответственной частью выпрямительной установки является система охлаждения вентилей. Кремниевые вентили очень чувствительны к повышению температуры и при перегревах быстро выходят из строя. Шкафы выпрямительных блоков оборудуются принудительным воздушным охлаждением, чаще всего по разомкнутому циклу. На каждый из шкафов устанавливается индивидуальный центробежный или осевой вентилятор. Более надежное охлаждение обеспечивают два более мощных вентилятора (рабочий и резервный) на группу из трех шкафов. Производительность этих вентиляторов 1,1 м3/с при напоре 1200 Па, мощность приводного электродвигателя 4,5 кВт.
Вентиляторы размещаются под шкафом этажом ниже. Охлаждающий воздух засасывается через фильтр и по воздуховоду поступает в шкаф с вентилями через отверстие в днище. Отводится воздух через щели между крышкой и стенками шкафа, удаляется в атмосферу через вытяжные колпаки, располагаемые над шкафами.
Для увеличения поверхности охлаждения кремниевые вентили ввертываются в радиаторы, располагаемые в шкафу вертикально.
Скорость воздуха на входе в шкаф должна быть 10 м/с. Она контролируется ветровым реле, размещенным в шкафу. При прекращении подачи воздуха или снижения скорости потока ниже 5 м/с происходит автоматическое выключение масляного выключателя, через который питается выпрямительный агрегат.
Подстанции с кремниевыми выпрямителями размещаются в трехэтажных зданиях.
На первом этаже располагается электрооборудование переменного тока напряжением 10 кВ распределительного устройства преобразовательных агрегатов и собственных нужд подстанции. Эти распределительные устройства комплектуются из типовых камер (шкафов). Там же находится аккумуляторное помещение.
Второй этаж выделен для распределительного устройства выпрямленного тока напряжением 425 или 850 В на ток 150 кА. В этом числе ячейки разъединителей на 20 кА с токопроводами и шинными мостами, камеры дросселей с короткозамыкателями.
Машинный зал со шкафами кремниевых выпрямителей и вспомогательными к ним комплектными устройствами, в том числе щитами управления и разъединителями вводов и отходящих линий, расположен на третьем этаже.
Трансформаторы выпрямительных агрегатов вместе со сложной ошиновкой устанавливают в открытых с фасада камерах, пристраиваемых с обеих сторон здания подстанции.
Промышленность выпускает разнообразные комплектные кремниевые выпрямительные агрегаты для питания электроприводов, требующих регулирования скорости в широких пределах, в частности главных приводов прокатных станов.
Особенности монтажа агрегатов питания электрофильтров
Электрофильтры являются основными аппаратами для очистки отходящих газов на тепловых электростанциях, на предприятиях химической и цементной промышленности, черной и цветной металлургии. Любая установка для электрической очистки газов состоит из собственно электрофильтров и агрегатов питания с ручным или автоматическим устройством для поддержания максимально возможного напряжения.
Агрегат питания состоит из панели управления, регулятора напряжения, повысительного трансформатора и выпрямительного устройства. В качестве выпрямителей применяются электронные лампы (кенотроны), механические и полупроводниковые выпрямители. Наиболее широкое распространение получили механические выпрямители и полупроводниковые селеновые или кремниевые выпрямительные устройства.
Механические выпрямительные агрегаты типа АФ-18 имеют следующие электрические параметры: выходную мощность 18 кВА, номинальное напряжение питающей сети 380 или 500 В, номинальное выпрямленное напряжение (амплитудное значение) 90 кВ, номинальный (средний) выпрямленный ток 200 мА.
Современный выпрямительный агрегат типа АРС (с селеновыми выпрямительными блоками) имеет следующую техническую характеристику: напряжение питающей сети 380 В, номинальное выпрямленное напряжение 80 кВ, номинальный выпрямленный ток 250 мА, выходная мощность 23 кВА. Агрегат состоит из следующих основных узлов: повысительно-выпрямительного блока — повысительного трансформатора и селенового выпрямителя в маслонаполненных баках; пульта управления с магнитными усилителями, регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой. Выпрямительно-провысительного агрегаты снабжаются устройствами для подавления радиопомех-дросселями; с этой же целью выпрямительные устройства экранируются.
Для передачи электрической энергии 0т преобразовательных агрегатов к электрофильтрам, размещаемым у дымовых труб, используются специальные высоковольтные одножильные силовые кабели марки АСБЭ, сечением 50, и 95 мм2. Эти кабели рассчитаны на номинальное напряжение 75+15% кВ и допускают разность уровней прокладки 40 м. Кабели присоединяются к зажимам выпрямительных агрегатов и электрофильтров концевыми муфтами КЭ-7о с изоляторами типа КОН-35.
Монтаж тяжелой ошиновки
Тяжелой ошиновкой называется ошиновка цехов электролиза алюминия, никеля, магния и других электроустановок, выполняемая из алюминиевых, реже медных шин большого сечения. Характерным для этих электроустановок является большая величина тока (до 150 000 Д) при номинальном напряжении 425 или 850 В.
Ошиновка комплекса электроустановки (преобразовательной подстанции и цехов электролиза) состоит из длинных магистралей с большим числом ответвлений. Эти магистрали и ответвления выполняют из нескольких полос-алюминиевых шин. Лишь недавно наиболее мощные установки Монтировались шинами сечением 360X50 мм; в настоящее время применяются шины значительно большего сечения — 515X70 мм. Наблюдается тенденция дальнейшего увеличения сечения шин вплоть до применения вместо пакетов шин алюминиевых отливок соответствующего сечения.
Ошиновки разрабатываются в проектах таким образом, чтобы обеспечивалась возможность их заготовки на МЗУ и доставки в монтажную зону в виде блоков и узов.
Ошиновка состоит из участков с жесткими шинами и гибких пакетов для присоединения к аппаратуре и компенсации температурных изменений длины шин.
В электролизных цехах ванны располагаются сериями, несколькими параллельными рядами. Ванны одной серии соединяются последовательно: анод предыдущей ванны соединяется с катодом последующей. Катодные выводы ванны соединяют в два «катодных пакета», а анодные объединяет ,в общий «анодный пакет». Анодные выводы ванн соединяются с анодным пакетом набором гибких алюминиевых шин (лент). Пакеты катодных шин приваривают к стальным блюмсам катодов электролизных ваян.
Пакеты шин и лент заготовляют на поточных линиях МЗУ, размещаемых в помещениях. Здесь производится правка шин «на плоскость» и «на ребро», резка на дисковой пиле; шины изгибают «на плоскость» на шиногибах. Производится заготовка гибких пакетов и компенсаторов из алюминиевой ленты толщиной 1 мм и шириной, равной ширине шины.
На специальных стендах-макетах заготовки собирают в проектные узлы и блоки, оставляя между шинами зазор, равный толщине шины. Выполненные заготовки маркируют и до подачи в монтажную зону обычно хранят на складе.
Для монтажа корпуса электролиза алюминия приходится обрабатывать до 1000 т алюминиевых шин.
Подготовленные и скомпонованные по проектной ведомости заготовки ошиновки отгружаются в монтажную зону.
Блоки, пакеты шин и анодные рамы подаются к торцу электролизного корпуса, а отсюда при помощи мостовых кранов к месту установки. Для установки пакетов шин и блоков вдоль ванн и в местах перехода шин на анодные рамы при выполнении строительных работ заготавливаются шинные каналы с бетонными опорами. Шины укладываются на эти опоры; между шинами и опорами размещаются стеклянные или асбоцементные прокладки толщиной 20 мм. Шины выверяются в горизонтальной плоскости, а пакеты с гибкими связями по анодной раме. Затем выполняются сварочные работы. По окончании монтажа ошиновки шинные каналы закрывают рифлеными плитами.
Заготовка тяжелой ошиновки на МЗУ связана со значительными трудностями, в частности с большими работами по организации временных поточных линий, для чего требуется специальное мощное оборудование (правильные вальцы, шино-гибы и др.). Более прогрессивна заготовка деталей и узлов тяжелой ошиновки для корпусов электролиза алюминия. Возможность применения таких заводских заготовок должна предусматриваться в проектах.
Сложная ошиновка короткой сети мощных рудоплавильных электропечей выполняется из медных водоохлаждаемых труб со сварными водонепроницаемыми стыками. Иногда для этой цели применяют алюминиевые трубошины, защищаемые от коррозии. Ошиновка заготовляется на МЗУ, сваривается на стенде-макете и в полностью подготовленном для монтажа виде отгружается на место установки.