Энергия разума №2, 2011

ЭНЕРГИЯ РАЗУМАЖурнал

для заказчиков АББ в России

2|11

Энергоэффективность и надежность в нефтегазовой отрасли АББ получила сертификаты ISO 6Порядок и условия реализации энергосберегающих технологий Пятиуровневый преобразователь 8Технология ANPC-5L и привод ACS 2000 Проект «Пенза-1» Новые технические решения

2 Энергия разума 2 |11 Энергия разума 2 |11

СОДЕРЖАНИЕ

Энергоэффективность в нефтегазовой отрасли

АББ получила сертификаты ISO

ПрыжокНизковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабжения

Газета издается для заказчиков АББ в России ● Выпуск подготовлен департаментом корпоративных коммуникаций ● Редактор: Бударагина Наталья ● Верстка макета: Бодров Михаил ● Над номером работали: Гордеева Мария, Демьянова Нина ● Контактная информация: ООО «АББ» 117997 Москва, ул. Обручева 30/1,стр.2 ● Тел.: +7 495 960 22 28 Факс +7 495 960 22 01 ● Свидетельство о регистрации Федеральной службой по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия ПИ №ФС77-30146 от 02 ноября 2007 года. Номер подписан в печать 3 июня 2011 года.

04 06

2016

Инструмент для постоянного развития.

Миллер меняет планы и предлагает передать с помощью трехфазного тока электроэнергию реки Неккар уже не на десять, а на 170 километров.

Новейшая разработка концерна АББ в области низковольтных систем.

Энергоэффективность и надежность электрической машины действительно неразрывно связаны.

Энергия разума 2 |11 3Энергия разума 2 |11

СОДЕРЖАНИЕ

Пятиуровневый преобразовательАББ в мобильном телефоне

Тема номера


АББ в мобильном телефоне

6

8

14

16

18

4

10

7

Интересные проекты

Технологии АББ

Технологии АББ

Исторические события

Новости АББ в мире

Энергоэффективность и надежность в нефтегазовой отрасли Вопрос энергосбережения актуален и для нефтегазовой отрасли.

Проект «Пенза-1»В апреле 2011 года завершились пусконаладочные работы.

Пятиуровневый преобразовательТехнология ANPC-5L и привод ACS 2000.

Проектирование шкафов КРУ среднего напряженияВнедрение новой системы.

Низковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабженияНовейшая разработка в области низковольтных систем.

ПрыжокПередача электроэнергии реки на 170 километров.

0807 Использование мобильных устройств для доступа к сайту АББ растет рекордными темпами.

Технология ANPC-5L и привод ACS 2000.


ТЕМА НОМЕРА

В последнее время тема энерго- и ресурсосбережения привлекает к себе все больше и больше внимания. Российским правительством 23 ноября 2009 года был принят закон № 261-Ф3, который регламентирует порядок и условия реа-лизации энергосберегающих технологий.

Энергоэффективность в нефтегазовой отрасли

Вопрос энергосбережения ко-нечно же актуален и для не-фтегазовой отрасли. Традици-онные процессы нефтегазовой

промышленности делятся на три основ-ных направления: добыча, переработка и транспортировка, и на каждом из этих этапов могут применяться энергосбере-гающие технологии. Вместе с экономи-ей энергии, использование этих техно-логий дает еще и ресурсосбережение, что, в свою очередь, влияет на улучше-ние условий труда персонала и повы-шение качества производимого продук-та. Компания АББ готова предложить энергосберегающее оборудование и системы для каждого из этих этапов.

Давайте пройдем по всей цепочке тех-нологического процесса. Технологи-ческий процесс начинается с насосов, компрессоров, вентиляторов и др., ко-торые приводятся в действие высоко-вольтными и низковольтными двигате-лями с повышенным КПД серий HXR, M3BM, M3BP, M3GP, M3JP, M3KP.Компания АББ давно выступает за эф-фективность, как обязательную стан-дартную характеристику двигателя, ко-торую заказчик не должен оплачивать как «дополнительную услугу». Выпу-скаемые компанией АББ двигатели от-носятся к двум высшим классам энер-гетической эффективности – IE2/IE3. КПД энергоэффективных асинхронных

двигателей АББ выше на 1-5%, чем у традиционных. Это прежде всего про-исходит за счет:- увеличения массы активных материа-лов – меди, алюминия и стали;- применения более тонкой и высокока-чественной электротехнической стали;- использования меди вместо алюминия в качестве материала обмоток ротора;- уменьшения воздушного зазора между ротором и статором;- конструкторских разработок АББ и вы-сокоточного технологического оборудо-вания. Необходимо отметить, что доля затрат на электроэнергию только за один год

Промышленный привод ACS800 Multidrive


ТЕМА НОМЕРА

эксплуатации в 3-5 раза выше стои-мости самого двигателя. За свой срок службы двигатель потребляет электро-энергии на сумму в 100 раз больше, чем его стоимость. Особое внимание Европейских про-изводителей и потребителей электро-двигателей приковано сейчас к Дирек-тиве 2005/32/ЕС, которая с 16 июня 2011 года запрещает использование в Европе двигателей класса энергоэф-фективности IE1. Несмотря на то, что электродвигатели для опасных условий эксплуатации не попадают под действие этой Директивы, компания АББ произ-водит электродвигатели для опасных условий эксплуатации в соответствии с требованиями данной Директивы.Подход компании АББ к надёжности такой же, как и к эффективности: осно-ва надёжности – высокое качество, в особенности качество применяемых материалов. Стоимость последних в цене двигателя составляет в среднем 55%, т.е. более половины. В процес-сах непрерывного производства, вне-плановых простоев следует избегать любой ценой, и в этих случаях, надёж-

ность – прежде всего. Остановка всего на несколько минут может обойтись во столько же, во сколько обходится новый двигатель. В нефтегазовой промышлен-ности надёжность - первоочередная за-бота. Электродвигатели часто работают в очень суровых условиях, выдерживая жару и холод, агрессивные среды, пыль и влагу. Компания АББ накопила огром-ный опыт поставки электродвигателей, как для обычных производственных условий эксплуатации, так и для усло-вий экстремальных.

Энергоэффективность и надежность электрической машины действительно неразрывно связаны. Возьмем только один аспект этой проблемы – тепловое воздействие на обмотки двигателя. В основном это тепловые потери. Основ-ная часть электрической энергии, ко-торая в работу не преобразовывается, теряется в виде тепла. Таким образом, при увеличении КПД электродвигателя на 1-2 % потери уменьшаются на 20-30%, что очень существенно влияет на его надежность. В нефтегазовой отрасли активно ис-пользуются различные виды механиз-

мов: погружные, насосы поддержания пластового давления, компрессоры, тягодутьевые механизмы. Все основ-ное технологическое оборудование разрабатывается под определенную номинальную рабочую мощность, но процесс редко использует этот ре-сурс, чаще он работает на нагрузках меньше номинальных. Традиционно для регулирования параметров тех-нологического процесса применяет-ся дросселирование. Суть сводится к снижению производительности агре-гата с увеличением потерь. Наиболее эффективным решением данной про-блемы является применение регули-руемого привода, который изменяет скорость вращения электродвигателя. АББ предлагает самый широкий вы-бор частотно-регулируемых приводов от 180 Вт до 100 МВт на все классы на-пряжения, которые могут применяться для регулирования скорости вращения. Такие приводы объединены общей се-рией ACS и разделяются по сериям 55, 150, 310, 355, 550, 800 и высоковольт-ной серии 1000, 2000, 5000,6000. Все приводы АББ могут интегрироваться в

существующие АСУ ТП по любым про-токолам передачи данных и сетевым интерфейсам с применением как контроллеров АББ серий АС31, АС 500, АС 800, так и контроллеров дру-гих производите-лей.

Применение данных приводов дает ощутимый эффект как экономии элек-троэнергии, так и улучшения качества процесса и условий труда работников.Характерным примером использова-ния высокоэффективных и надежных технологий АББ в нефтегазовой от-расли является внедрение регулируе-мого привода переменного тока для управления главными механизмами буровых установок. Данная технология была реализована в России впервые и включает в себя следующие основные компоненты:- Асинхронные двигатели AMA 423M6P и AMA 423L6P мощностью 630, 950 и 1180 кВт;- Многодвигательный привод пере-менного тока ACS800 Multidrive напря-жением 660 В, мощностью от 3600 до 5600 кВт;

В мировом масштабе компания АББ не только принимает и поощряет законы и стандарты, касающиеся энергоэффек-тивности, но и является инициатором таковых.

Низковольтные электродвигатели серии M3KP

Особое внимание Евро-пейских производителей и потребителей электродви-гателей приковано сейчас к Директиве 2005/32/ЕС, которая с 16 июня 2011 года запрещает использо-вание в Европе двигателей класса энергоэффективно-сти IE1.


НОВОСТИ АББ В МИРЕ


В ООО «АББ» в феврале-марте 2011 года были успешно про-ведены сертификационный аудит системы менеджмента

качества в соответствии с междуна-родным стандартом ISO 9001:2008 и аудит системы экологического менед-жмента в соответствии с междуна-родным стандартом ISO 14001:2004. Аудиты были проведены ООО Фирма «Интерсертифика-ТЮФ совместно с ТЮФ Тюринген», одним из мировых ли-деров в области сертификации систем менеджмента. Сертификация проходи-ла в центральном офисе АББ в России в Москве, а также на производственных площадках в Екатеринбурге, Хотьково и в Москве, в департаменте «Оборудова-ние среднего напряжения».

Продукция, системы, решения и сервис АББ разработаны с целью совершен-ствования бизнеса наших заказчиков. Они сфокусированы на улучшении показателей надежности и повыше-нии промышленной продуктивности – уменьшая воздействие на окружающую среду.

Мы стремимся к минимизации воздей-ствия на окружающую среду наших тех-нологий и продукции, проводя через эту экспертизу заказчиков и поставщиков, стараясь, в то же время, обеспечить экологичность и энергетическую эф-фективность наших производственных процессов.

АББ стремится к сокращению энергопо-требления и использованию материа-лов, рационализации способов транс-портировки продукции, сокращению воздействия на окружающую среду, прекращению использования опасных веществ, разработке эко-эффективной и повторно перерабатываемой продук-ции и улучшению производительности поставщиков.

В соотвествии с положениями Между-народного стандарта ISO 9001 в ООО «АББ»:

установлены и определены про-• цессы, необходимые для системы

менеджмента качества, и их приме-нение в компании; установлены последовательность • этих процессов и их взаимодействие; установлены критерии и методы, не-• обходимые для обеспечения резуль-тативности как при осуществлении этих процессов, так и при управлении ими; обеспечивается наличие ресурсов и • информации, необходимых для под-держки осуществления этих процес-сов и их мониторинга; осуществляется мониторинг, измеря-• ется (где это возможно) и анализиру-ются эти процессы, а также предпри-нимаются действия, необходимые для достижения запланированных результатов и постоянного улучшения этих процессов.

В соответствии с международным стандартом ISO 14001, постоянное улучшение системы экологического менеджмента – одно из приоритетных направлений АББ. Компания обязуется применять наилучшие международные стандарты и правила в области охраны окружающей среды во всех аспектах своей деятельности, обеспечивая:

соответствие компании законода-• тельству в области охраны окружаю-щей среды;постоянный контроль и снижение • вредного воздействия на окружаю-щую среду;обучение и повышение осведомлен-• ности работников компании в области охраны окружающей среды, экологи-ческих аспектах на всех уровнях жиз-ненного цикла продукции и услуг;рациональное использование и сни-• жение ресурсопотребления;использование лучших практик, при-• меняемых в компаниях Группы АББ.

Концепция непрерывного улучшения является основой, на которой построе-ны стандарты ISO; и сотрудники ООО «АББ» могут с уверенностью сказать, что сертификация систем менеджмента качества и экологии является важней-шим фактором конкурентоспособно-сти и устойчивого развития компании в условиях рынка.

Cертификация – инструментом постоянного развития и улучшения всех производствен-ных процессов в компании.


НОВОСТИ АББ В МИРЕ

К 2013 году мобильные телефоны опередят персональные компьютеры в качестве устройств доступа в Интернет.

АББ в мобильном телефоне

информацию о продуктах и услугах, офисах или отрасли промышленности по адресу – http://m.abb.com.

Для продвижения социальных медиа среди пользователей смартфонов, на мобильном сайте АББ имеются ссылки для перехода на Facebook и Twitter. Раз-дел «Работа в АББ» содержит контакты кадровых служб, которые нужны соис-кателям во время поиска работы.

Сири Брен, менеджер проекта мобиль-ной версии сайта АББ, рассказал: «Се-годня большинство заказчиков, бизнес-партнеров и сотрудников должны быть максимально продуктивными. Главная цель сайта – обеспечить легкий доступ к актуальной и своевременной ин-формации. Сейчас сайт работает в те-стовом режиме, и мы продолжаем его доработку. Конечно же, мы надеемся, что наши пользователи дадут нам мак-симально полную обратную связь, что позволит нам создать лучший в своем классе сайт. Такие функции как поиск и загрузка пока работают не в полном объеме, но выпуск второй версии сайта запланирован уже на июнь».

поративных сетей и обеспечивая им максимальную безопасность.

На сегодняшний день Apple и Blackberry совместно занимают три четверти рын-ка мобильных устройств, но инноваци-онные решения и новые участники рын-ка могут в корне изменить ситуацию в ближайшие несколько лет. Вот почему АББ выбрала независимую платформу, независимую от того или иного устрой-ства.

Большинство мобильных устройств автоматически подключают пользова-телей к мобильным версиям сайтов. Однако, не все мобильные сайты пред-лагают пользователям возможность перейти к обычной версии сайта. Некоторые мобильные корпоративные сайты предлагают тесную интеграцию с устройствами, например, привязку контактных данных с веб-сайта к адре-сам уже хранящимся на телефоне.Новый мобильный сайт АББ с упрощен-ным интерфейсом отвечает самым кри-тическим требованиям пользователей. К примеру, поиск контактов – основное приложение для мобильных браузеров. Каждый сможет найти необходимую

АББ готова к таким переменам и соз-дала новую мобильную версию свое-го сайта www.abb.com. Новый сайт, http://m.abb.com, представляет со-бой компактную и легкую в навигации версию стандартного сайта АББ, кото-рая специально оптимизирована под новый пользовательский интерфейс смартфонов.

Использование мобильных устройств для доступа к сайту АББ растет рекорд-ными темпами. Всего за месяц работы в тестовом режиме мобильную версию просмотрело свыше 30 000 посетите-лей. Наиболее посещаемыми разде-лами стали: продукты и услуги (24%), переходы с главной страницы (21%) и работа\ карьера (8%).

Помимо разработок для поддержки основного сайта, было важно прове-сти сравнительный анализ. В усло-виях постоянно растущей конкуренции за долю рынка, компании-поставщики смартфонов и программного обеспе-чения ищут пути превращения таких устройств как Android (от Google), iPhone и iPad (от Apple) в неотъемлемую часть бизнеса, внедряя интерфейсы для кор-


Современная силовая электроника вызва-ла революционные изменения в передаче и потреблении электроэнергии. В области при-менения электроприводов способность про-извольно выбирать, а также непрерывно изменять частоту и амплитуду выходного на-пряжения инвертора способствовала суще-ственному увеличению эффективности ис-пользования электроэнергии и возможности ею управлять. Инверторы формируют напря-жение переменного тока путем переключе-ния с высокой частотой различных уровней напряжения постоянного тока с помощью полупроводников. Форма выходного сигна-ла, созданного таким образом, отличается от «идеальной» синусоидальной формы по при-чине формирования его из прямоугольных

Пятиуровневый преобразователь

импульсов. Различие может быть достаточ-ным для того, чтобы сделать невозможным использование регулируемого электроприво-да во многих применениях, требующих более высокого «качества» напряжения переменно-го тока. Одним из способов сделать энергоэф-фективные преимущества электроприводов доступными для более широкого применения является увеличение количества уровней на-пряжения постоянного тока. Привод ACS 2000 концерна АББ выходит за пределы обычно используемых трёх уровней напряжения, до-водя их число до пяти. Кроме того, благодаря своей оригинальной топологии, он помога-ет избежать многих проблем, которые могли бы сделать пятиуровневый преобразователь чрезмерно усложнённым.

Технология ANPC-5L и привод ACS 2000

ТЕхНОлОГИИ АББ


Инвертор (устройство, преоб-разующее постоянный ток в переменный) работает по принципу переключения меж-

ду различными уровнями напряжения постоянного тока. Таким образом, на выходе получается не синусоидальная форма выходного сигнала, а высоко-частотные прямоугольные импульсы, которые формируются для создания формы выходного сигнала, максималь-но схожей с синусоидой рис. 1c. Здесь можно привести одну аналогию: возь-мём цифровую фотографию, сделан-ную с низким разрешением. Изобра-жение на такой фотографии не будет в точности соответствовать оригиналу, поскольку малое количество пикселей ограничивает уровень детализации изображения. Возможность как можно точнее воспроизвести идеальную си-нусоидальную волну с помощью пря-моугольных импульсов подобным же образом ограничена количеством до-ступных уровней напряжения. Тем не менее, в отличие от фотографии, раз-ница заключается не только в эстети-ческих аспектах: синусоида неидеаль-ной формы порождает гармоники (ток и напряжение более высокой частоты), которые могут стать причиной ряда не-гативных последствий: от перегрузки изоляции и подшипников электродви-гателя до создания помех для другого оборудования.

Фильтры подавления гармоник могут использоваться для сглаживания вы-ходного сигнала путем поглощения проблемных гармоник, но они вызыва-ют как дополнительные финансовые расходы, так и дополнительные потери энергии. Чтобы как-то справиться с воз-действием таких гармоник, двигатели должны проектироваться с учётом до-полнительных нагрузок (что исключает применение каталожных стандартных электродвигателей). Это веский довод в пользу преобразователя, который мо-жет создавать более правильную сину-соиду выходного тока.

Уровни инвертораСамый простейший инвертор представ-ляет собой двухуровневый преобразо-ватель. Он называется двухуровневым, поскольку в нём существуют только два уровня напряжения: прямое и обрат-ное питающее напряжение постоянного тока. Трёхуровневый преобразователь со средней точкой (NPC) является про-должением данной концепции, и в нём существует напряжение средней точки (нейтрали) рис. 1a; он может формиро-вать уровни выходного сигнала, кото-рые изображёны на рис. 1c.Преобразователи проектировались та-ким образом, чтобы выйти за пределы описанных ограничений и вырабатывать пять уровней напряжения. Тем не ме-

нее, такие топологии часто достигаются ценой куда более сложной конструкции. Например, если из напряжения постоян-ного тока должно вырабатываться пять, а не три уровня выходного напряжения, он потребует дополнительных фиксиру-ющих диодов и конденсаторов, а также соответствующей схемы управления и контроля зарядки конденсаторов. Альтернативный подход заключается в последовательном подключении преоб-разователей, что опять-таки усложняет цепи постоянного тока из-за необходи-мости гальванической развязки цепей питающего напряжения и, следователь-но, применения дорогостоящих транс-форматоров. Такие решения могут быть приемлемы для больших мощностей, но менее мощные средневольтные при-воды требуют более простых решений.

Концерн АББ решил вплотную заняться этими проблемами и нашёл решение, которое может давать на выходе пять уровней выходного напряжения без усложнения цепей постоянного тока. Трёхуровневое звено постоянного тока само по себе не может дать пять уров-ней напряжения, и поэтому контуру требуется дополнительный конденса-тор на фазу выходного напряжения. Но оригинальность решения, найденного специалистами АББ, состоит в том, что конденсатор остаётся в заряженном состоянии без необходимости наличия отдельной схемы управления зарядом конденсатора.

Технология ANPC-5LПринципиальная схема пятиуровневого преобразователя с активной средней точкой (ANPC-5L) показана на рис. 2a. Зарядка фазового конденсатора Cph поддерживается на уровне половины от напряжения конденсаторов звена по-стоянного тока, т.е. одной четверти от общего напряжения звена постоянного тока. Общий принцип работы схемы может быть охарактеризован как трёх-уровневый NPC-преобразователь плюс дополнительный конденсатор. Этот фазный конденсатор переключается последовательно с трёхуровневым пре-образователем по мере необходимости и обеспечивает два дополнительных промежуточных уровня напряжения на выходе.

Звено постоянного тока идентично зве-ну постоянного тока трёхуровневого NPC преобразователя. Топология ячей-ки 1 на рис.2b полностью идентична то-пологии аналогичной ячейки трёхуров-невого NPC-преобразователя рис.1b. По аналогии с такой схемой, ключи в виде биполярных транзисторов с изо-лированным затвором (IGBT) в ячейке 1 имеют номинальное значение в раз-мере половины напряжения звена по-стоянного тока.

1b Цепь

1а Принцип работы

1с Форма выходного напряжения (пример)

1 Основы инвертора напряжения со средней точкой (NPC) (показана только одна фаза)

Технология ANPC-5L тре-бует всего лишь одного до-полнительного конденсато-ра на фазу в сравнении с трёхуровневым преобразо-вателем NPC.



Поскольку дополнительный конденса-тор заряжен на четверть от напряжения звена постоянного тока, номинальное значение IGBT в ячейках 2 и 3 определе-но для такого пониженного напряжения. Применение устройств со сниженным напряжением способствует простоте устройства преобразователя. Простота и практичность дизайна проявляются ещё более отчётливо, если принять во внимание то, что требуется лишь один дополнительный конденсатор на фазу в сравнении с трёхуровневым NPC-преобразователем. Преобразователь обеспечивает полную четырёхквадрант-ную функциональность (энергия преоб-разуется в обоих направлениях).

Принцип работы ANPC-5LКлючи ячейки 1 (на рис. 2b) работают в качестве дополнительных устройств, при этом S1и Snp2 работают синхронно вместе (подобным же образом работа-ют S4 и Snp1). Ключи ячейки 2 работа-ют в противофазе друг другу, также как и ключи в ячейке 3. Общее количество режимов переключений на фазу пока-зано на рис. 3. Всего возможны восемь режимов. Поскольку конвертер имеет всего пять уровней выходного сигнала, некоторые режимы оказываются излиш-ними. Тем не менее, вместо того чтобы полагать, что некоторые режимы преоб-разователя не используются, лучше по-смотреть на рис. 3, чтобы обнаружить, что для двух из трёх якобы излишних пар режимов, а именно V1/V2 и V5/V6, обратный эффект может быть ока-зан на зарядку конденсатора фазы. На рис. 4 сравниваются V5 и V6, а также показано, как V6 вычитает VDC/2 из на-пряжения звена постоянного тока, тогда как V5 добавляет его к напряжению на нейтрали. В результате ток проходит через конденсатор фазы в обратном направлении. Эта особенность может использоваться для поддержания тре-буемого напряжения на конденсаторе фазы без дополнительной схемы за-рядки.

Привод ACS 2000В конструкции привода ACS 2000 ис-пользованы два пятиуровневых преоб-разователя в «зеркальной» конфигу-рации (B2B). Схема привода ACS 2000 показана на рис. 5.

Конструкция механической частиБестрансформаторный привод ACS 2000 на рис. 6 спроектирован с целью максимального увеличения времени безотказной работы с помощью модуль-ной конструкции. Номиналы компонен-тов подобраны с учётом их расчётного срока службы, а также предусмотрен лёгкий фронтальный доступ до всех критически важных компонентов. Кон-струкция фазовых модулей в форме выдвижных ящиков облегчает быструю

Конденсатор Cph поддерживается в заряженном состоянии наполовину от напряжения конденсатора звена постоянного тока

Обратное направление тока в Cph позволяет поддерживать конденсатор в заряженном состоянии

2а Принцип работы

4a Вектор переключения V6 из рис. 3 4b Вектор переключения V5 из рис. 3

2b Схема

2 Принципиальная схема преобразователя ANPC-5L (показана только одна фаза)

3 Фазовые состояния преобразователя ANPC-5L

4 Две различные цепи тока, обеспечивающие одинаковое напряжение на выходе



и безопасную замену в случае неис-правности.Ключевым элементом модульной кон-цепции является фазовый модуль рис. 7. В состав модуля входят основ-ные компоненты одной фазы преоб-разователя (как показано на рис. 2b), включая силовые полупроводники, драйверы и конденсатор фазы. Модуль также включает в себя интерфейсную плату для связи с более высоким уров-нем управления и оборудование для измерения тока и напряжения. Это по-зволяет осуществлять простое подклю-чение модуля, поскольку необходимо лишь подсоединить питание и оптово-локонную линию связи. Токонесущие

5 Базовая конфигурация привода ACS 2000

8 Напряжение и ток на входе привода показывают, что коэффициент мощности при работе равен единице

Бестрансформаторный привод ACS 2000 спроек-тирован с целью макси-мального увеличения вре-мени безотказной работы с помощью модульной конструкции.


соединения выполнены в виде соеди-нительных штепселей.Благодаря своей простоте модуль мо-жет быть заменён пользователем в те-чение нескольких минут.

ИспытанияПривод ACS 2000 испытывался в «зер-кальной» конфигурации. Были установ-лены два привода ACS 2000: испыты-ваемый привод (DUT) и нагрузочный инвертор. Оба привода были подключе-ны в общую трёхфазную сеть и подсое-динены к соответствующим электродви-гателям (объединенных общим валом). Один из практических результатов та-кого подключения состоял в том, что

только потери в системе электроприво-да должны были покрываться за счёт питающей сети. Поскольку оба привода (DUT и нагрузочный инвертор) относи-лись к типу ACS 2000, было возможно одновременно наблюдать за двига-тельным и рекуперативным режимами работы привода. Также проводились длительные испытания в «зеркальной» конфигурации для подтверждения вы-сокой надёжности приводов.

Входные и выходные характеристикиРабота выпрямителя показана на рис. 8. Пятиуровневый преобразова-тель обеспечивает двигателю девять уровней линейного напряжения.



Типичные формы сигналов тока и на-пряжения показаны на рис. 9. Новый пятиуровневый инвертор формирует выходной сигнал, довольно близкий си-нусоидальному и соответствующий тре-бованиям для привода электродвигате-лей, спроектированных для прямого подключения к питающей сети без не-обходимости снижения их параметров.

Работа во время нарушений режимов электропитанияСочетание многоуровневой топологии ANPC-5L и динамических характеристик прямого управления крутящим момен-том может использоваться для предот-вращения отключения привода даже в случае нарушения режима электро-питания в течение нескольких секунд. Работа также может продолжаться при отказе определённых вспомогательных систем питания в течение некоторого времени. Максимальная длительность нарушения режима электропитания, при которой не возникает аварии при-вода, зависит от нагрузки, механизма и рабочей точки в момент отключения энергии.При отключении энергоснабжения на-пряжение звена постоянного тока со-храняется на определённом уровне для поддержания намагниченности двига-теля. С этой целью энергия от вращаю-щейся массы двигателя и нагрузки по-даётся обратно через инвертор, чтобы компенсировать потери и поддержать напряжение в звене постоянного тока. Режим работы при отключённом энер-госнабжении может поддерживаться, пока вращающаяся масса сохраняет энергию, достаточную для удовлетворе-ния таких потребностей в электроэнер-гии. При восстановлении напряжения в питающей сети немедленно возобнов-ляется ускорение двигателя до желае-мой скорости.Полевые испытания на фактическом оборудовании заказчика отображены на рис. 10. Отключение питающего на-пряжения сети длилось одну секунду.

9 Осциллограммы напряжения

9a пятиуровневое фазное напряжение 9b девятиуровневое линейное напряжение

На рис. 10a показано падение до нуля напряжения в сети и тока на входе. На рис. 10c показан тормозной момент электродвигателя для рекуперации энергии во время отключения энергии с целью поддержания напряжения в звене постоянного тока рис. 10b. При восстановлении напряжения в сети кру-тящий момент быстро возвращается в двигательный режим.

Применение и успехиПривод ACS 2000 разработан для са-мых разных областей применения в различных отраслях промышленности в рамках рынка приводов общего на-значения, как показано на рис. 11.

Призы и наградыВ декабре 2010 года консалтинговая компания Frost and Sullivan присудила приводу ACS 2000 награду как лучше-му европейскому инновационному про-дукту 2010 года в номинации приводов среднего напряжения. В заявлении фирмы Frost and Sullivan было сказано, что «данное изделие обладает такими преимуществами, как гибкость под-соединения к питающей сети, низкое число гармоник, невысокое энергопо-требление, простота монтажа и пуска в эксплуатацию, высокая надёжность и сниженная стоимость владения. Яв-ляясь единственным приводом с то-пологией на базе инверторов напря-жения (VSI), без трансформатора и с запатентованным многоуровневым IGBT-управлением, привод ACS 2000 является важным достижением в сек-торе приводов среднего напряжения.

Изделие обладает рядом дополнитель-ных значимых характеристик, таких как простой монтаж, пуско-наладка и экс-плуатация. Такие свойства являются особо важными с точки зрения конечно-го пользователя».

Комбинация многоуровневой топологии ANPC-5L и дина-мических характеристик прямого управления моментом может применяться для предотвращения отключения привода даже в случае перерыва в подаче силового на-пряжения от сети в течение нескольких секунд.

Новый пятиуровневый инвертор формирует вы-ходной сигнал, полностью соответствующий тре-бованиям для работы с электродвигателями, спро-ектированными для рабо-ты напрямую от сети без необходимости снижения их параметров.



10 Сохранение работоспособности при кратковременном нарушении режима электропитания: измерения во время отключения питания

11 Целевые отрасли и применения привода ACS 2000

10а Питающая сеть

10b Напряжение в звене постоянного тока

10с Характеристики на выходе

Фредерик КиферндорфЛеонардо СерпаЯн-Хеннинг ФабианАнтонио КоччиаКорпоративный исследовательский центр концерна АББ в г. Баден-Детвиль, Швейцария[email protected] [email protected]@ch.abb.com

Михаэль БаслерОтдел силовой электроники и приводов среднего напряжения, Нью-Берлин, штат Вайоминг, США[email protected]

Геральд ШойерОтдел силовой электроники и приводов среднего напряжения, Турги, Швейцария[email protected]

Дополнительная литератураТехническая информация, изложенная в данной статье, основана на докладе, пред-ставленном на симпозиуме в городе Пиза в июне 2010 года. Из-за нехватки журналь-ной площади данная статья подверглась значительному сокращению в сравнении с оригинальным документом; читателям, заинтересованным в более подробной информации, рекомендуется ознакомиться с оригиналом [1].

Авторы хотели бы выразить благодарность своим настоящим и бывшим коллегам за вклад в разработку описанной технологии: П. Барбосе (P. Barbosa), Н. Челановичу (N. Celanovic), М. Винкельнкемперу ( M. Winkelnkemper), Ф. Вильднеру (F. Wildner), К. Гедерли (C. Haederli), П. Штаймеру (P. Steimer), Й. Стайнке (J. Steinke) и многим другим.

Литература[1] Kieferndorf, F., Basler, M., Serpa, L. A., Fabian, J.-H., Coccia A., Scheuer, G.A. (июнь 2010 г.) Использование технология ANPC-5L в регулируемых приводах среднего напря-жения. Доклад был представлен на Между-народном симпозиуме по силовой электро-нике, электроприводам, автоматизации и движущимся механизмам в г. Пиза, Италия. Доклады записаны на CD-ROM.


Группа проектирования входит в состав подразделения по производ-ству и продажам шкафов комплектных распределительных устройств (КРУ) среднего напряжения 6-35 кВ и участвует в технологической цепочке производства шкафов КРУ.Менеджер продукта Кузнецов С.Ю.Руководитель Группы проектирования Кирюхин А.Ю.


Проектирование шкафов КРУ среднего напряжения


нового ПО, а также разработан план ступенчатого перехода для их мини-мизации и обеспечения непрерывного производства.

Анализ установил, что наиболее выгод-ным решением мог бы быть переход на современную САПР EPLAN Electric P8.

Для эффективного и быстрого внедре-ния часть сотрудников прошли курс ознакомления с EPLAN Electric P8 у наших коллег в Чешской Республи-ке, г. Брно. Затем со специалистами EPLAN Россия проводились совещания с предоставлением необходимой ин-формации об этапах проектирования, требуемой автоматизации, набора не-обходимых функций, пакета проектной документации.

После оценки возможностей и необхо-димых системных ресурсов был состав-лен план работ по внедрению EPLAN Electric P8.

Первым этапом внедрения стало изуче-ние программного продукта. Инженеры-проектировщики прошли недельное об-учение в новой системе. Был проведен базовый курс работы в новом ПО: уста-новка, настройка, создание, редакти-рование проекта, отчетов и отдельных элементов, занесение в общую базу, автоматическое обновление и многое другое. После обучения отдельные со-трудники получили права ключевых пользователей. Им поручили дальней-шее самостоятельное изучение ПО и постепенное внедрение с более глубо-ким и детальным обучением остальных инженеров Группы. В результате вы-полненной работы ключевые пользова-тели создали проекты со стандартны-ми заводскими решениями, основную элементную базу для проектирования, написали руководство пользователя на русском языке. Стандартные проек-ты позволили отладить работу в новом ПО.

На втором этапе были куплены лицен-зии EPLAN Electric P8 для ключевых пользователей. При этом часть сотруд-ников Группы работали в новой систе-ме, а другие продолжали выполнять те-кущие задачи, используя предыдущее ПО. Таким образом, был достигнут не-прерывный процесс производства. На третьем этапе докупили лицензии на новую САПР для перехода на нее остальных сотрудников Группы. По-сле инсталляции и восстановительно-го курса по использованию продукта инженеры-проектировщики приступили к выполнению рабочих проектов в но-вой системе.

Для упрощения внедрения и снижения рисков в работе программы компании

AББ и EPLAN Software & Service заклю-чили договор о технической поддержке, что позволит оперативно решать воз-никшие в ходе работы проблемы.

В результате внедрения ПО ЕPLAN Electric P8 инженеры Группы получили возможность:

максимально упростить работу с • электрическими схемами;готовить современный пакет завод-• ской документации; уменьшить риск возникновения • ошибок;сократить сроки работы над проек-• том;максимально автоматизировано го-• товить документацию для производ-ства;повысить оперативность и время • внесения изменений, доработок, ис-правления ошибок.

Положительные моменты в работе очевидны – это детальность и опера-тивность, удобство использования, вы-сокая автоматизация процессов, воз-можность снижения производственных затрат и одновременно повышение производительности труда.

На данный момент все сотрудники Груп-пы владеют знаниями проектирования в новой САПР и успешно справляются со своими обязанностями.

Уже сейчас можно с уверенностью го-ворить об удачном и качественном вне-дрении новой системы автоматического проектирования.

Группа занимается техническим сопровождением договоров на производство продукции и по-следующим проектным обеспе-

чением деятельности производства. Ее сотрудники выполняют следующие функции:

разрабатывают технические реше-• ния в соответствии с заданием на проектирование;разрабатывают схемы вторичных • цепей, а также чертежей на разме-щение оборудования, дверей низко-вольтных отсеков (НВО);составляют заказные специфика-• ции;подготавливают монтажные таблицы • с маршрутами разводки проводников вторичных соединений и другую до-кументацию для производства;консультируют заказчиков и их пред-• ставителей;взаимодействуют с проектными ор-• ганизациями;оказывают техническую поддержку и • дают рекомендации для других отде-лов подразделения.

Большая часть вышеприведенных функций выполняется в системе авто-матического проектирования (САПР). Именно в этой программной среде под-готавливается проектная документация для производства шкафов КРУ. Инже-неры Группы проводят до 90% рабочего времени, используя ее для проектиро-вания.

Из-за возросших объемов и сложности проектов в процессе работы сформиро-вался комплекс проблем:

высокие трудозатраты на проектиро-• вание;высокие трудозатраты на внесение • изменений;невысокая автоматизация при рабо-• те, а также при подготовке докумен-тации для производства;отсутствие единой элементной базы;• отсутствие обновлений и техниче-• ской поддержки;низкая надежность используемого • программного обеспечения.

В связи с этим, перед Группой были поставлены следующие основные за-дачи:

максимально упрощение и автома-• тизация при разработке конструктор-ской документации;поиск более надежного и современ-• ного ПО для проектирования.

Для решения этих задач провели мони-торинг рынка новых систем автомати-ческого проектирования, консультации с коллегами из других подразделений АББ, организовали встречи с произво-дителями ПО. Была проведена оцен-ка рисков по возможному внедрению



Низковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабжения

Низковольтное комплектное устройство (НКУ) MNS iS – новейшая разработка концерна АББ в области низковольтных систем. Инте-грированная в НКУ система управления осуществляет мониторинг потребителей, что позволяет выявить причину, и своевременно пре-дотвратить аварию в электроснабжении. Энергоэффективность элек-троснабжения достигается использованием в выдвижных модулях нового поколения частотных приводов ACS850.

НКУ типа MNS iS


Дмитрий ЧайкаРоман Подшибякин


НКУ MNS iS представляет собой эволю-ционное развитие традиционного НКУ MNS, выпускаемого концерном с 1975 года. Помимо ряда конструктивных нов-шеств, MNS iS включает в себя систе-му управления для контроля электро-снабжения на уровне 0,4 кВ. Система управления осуществляет как самоди-агностику НКУ, так и мониторинг всех потребителей, что позволяет, в отличие от традиционных методов обслужива-ния (замены оборудования при выходе из строя; планового обслуживания/за-мены оборудования с заданной перио-дичностью), реализовать упреждающий мониторинг с оценкой всех событий, предупреждений и аварий для прогно-зирования обслуживания. Оценивают-ся причины и предлагаются методы решения, что позволяет увеличить срок службы НКУ и снизить затраты на об-служивание оборудования.

Выдвижной модульДля электроснабжения и защиты ли-ний, в MNS iS используются выдвиж-ные модули высотой от 150 мм, с воз-можностью установки до 4-х модулей в ряд. Засчет размещения всех вспомога-тельных и контрольных компонентов в отдельном отсеке НКУ, выдвижные мо-дули малогабаритны и надежны в экс-плуатации.

Выдвижной модуль управляет отходя-щей линией с помощью контактора, и защищает ее с помощью автоматиче-ского выключателя. Доступны следую-щие типы выдвижных модулей: Прямой пуск двигателя, Реверсивный пуск, Пуск «звезда/треугольник», Фидер , Фидер с контактором, Частотный преобразова-тель.

Концерн АББ впервые интегрировал частотный преобразователь в выдвиж-ной модуль, тем самым обеспечив его быструю замену при выходе из строя, и энергоэффективное электроснабжение потребителя за счет частотного регули-рования.

Измерение параметров отходящей линии выполняет расположенный в модуле датчик - на каждой из фаз из-меряются ток, напряжение, мощность, частота, энергия и температура. Благо-даря широкому набору получаемых па-раметров, есть возможность своевре-менно выявить и исправить аварийное оборудование.

Блок управленияПомимо выдвижного модуля, каждая линия оснащается специальным блоком для контроля параметров и осущест-вления ее дополнительной защиты.

Блок управления обрабатывает инфор-мацию с датчика, при необходимости активируя дополнительную защиту (от-ключая контактор в модуле). Если пара-метры вернулись в нормальное состоя-ние, блок может выполнить самозапуск линии. Взаимодействие блока управле-ния с другим контрольным оборудова-нием возможно за счет встроенных дис-кретных и аналоговых входов/выходов.

Интерфейс Оперативный контроль и управление линиями осуществляется с помощью размещенной на НКУ сенсорной опе-раторской панели. Информация на па-нель выводится в реальном времени с использованием русскоязычного web-интерфейса, что позволяет персоналу максимально быстро и точно оценить состояние нужной линии. Защита па-нели от несанкционированного доступа обеспечивается с помощью паролей. Одновременно с панелью, состояние линии можно определить по светодио-дам, расположенным на выдвижном модуле. Светодиоды можно индивиду-ально настроить на вывод определеных состояний или аварий уже в процессе эксплуатации.

Интеграция с АСУ ТПБлагодаря интегрированной системе управления, MNS iS легко объединяет-ся с системами управления производ-ством (АСУ ТП). Для передачи данных в АСУ ТП может использоваться один, или одновременно несколько из следу-ющих стандартных протоколов: Profibus DP, ProfiNet I/O, Modbus RTU, Modbus TCP и ОРС.

Опыт примененияС момента выпуска на рынок НКУ MNS iS установлен более чем на 200 пло-щадках в различных странах мира, включая проекты, реализованные в России. Области применения НКУ со-вершенно различны: от небольших пищевых производств до глобаль-ных проектов в нефтегазовой и хими-ческих отраслях. Применение НКУ на территории России сертифицировано в соответствии с действующими стан-дартами ГОСТ Р, Ростехнадзор, атте-стации на сейсмостойкость.

Эффективность улучшения качества электроэнергии на объектах нефтега-зовой отрасли в современном мире определяется высокой стоимостью потерь. Так финансовые потери, вы-званные проблемами с качеством электроэнергии (наличие высших гармоник, кратковременные просад-ки напряжения, перебои в электро-снабжения и др.) в течение 5 секунд,могут достигать 7 – 8 млн. евро.Концерн АББ обладает богатым опытом

применения устройств, улучшающих качество электроэнергии, на различных объектах нефтегазовой отрасли, как до-быче, так и переработке.Использование быстродействующих фильтрокомпенсирующих устройств Dynacomp в системах электроснаб-жения наземных буровых установок и морских нефтедобывающих платформ позволяет существенно снизить энерго-потребление, потери в системе электро-снабжения и увеличить межремонтный цикл механического оборудования.

Применение активных фильтров выс-ших гармоник серии PQF разгружает систему электроснабжения за счет компенсации высших гармоник напря-жения и тока до 50-го порядка и по-зволяет устранить небаланс фаз, как в трехфазных трехпроводных, так и в четырехпроводных сетях. Благодаря этому повышается надежность систе-мы электроснабжения, устраняются ложные срабатывания защитной аппа-ратуры, вызванные наличием высших гармоник, и снижаются потери во всех токоведущих частях системы электро-снабжения.

Динамические компенсаторы искаже-ния напряжения серии AVC эффективно применяются в нефтегазовой отрасли для устранения просадок напряжения, вызванных однофазными к.з. на зем-лю или межфазными к.з. во внешних сетях электроснабжения. Устранение колебаний напряжения предотвращает отключение технологического оборудо-вания и связанные с этим финансовые потери, обусловленные недовыпуском продукции.

ООО «АББ»Отдел низковольтных системтел: +7 495 960-22-00http://www.abb.ru/[email protected]



ИНТЕРЕСНыЕ ПРОЕКТы

Проект «Пенза-1»


ИНТЕРЕСНыЕ ПРОЕКТы

Проект «Пенза-1» В 2009 году филиал ОАО «ФСК ЕЭС» – Магистральные элек-трические сети (МЭС) Волги – приступил к комплексной ре-

конструкции подстанции 220 кВ Пенза-1 (Пензенская область). В результате тех-нического перевооружения мощность энергообъекта увеличилась с 375 до 400 МВА. Соответственно повысится надежность электроснабжения потре-бителей города Пензы с населением более 500 тысяч человек, появится воз-можность для присоединения к элек-трическим сетям новых потребителей области.

В соответствии с проектом реконструк-ции рядом с действующей подстанцией был построен новый энергообъект. Это позволило не ограничивать электро-снабжение потребителей, так как под-станция 220 кВ Пенза-1 - основной объект, снабжающий город электриче-ством.

На территории новой подстанции по-строено открытое распределительное устройство (ОРУ) 220 кВ, ОРУ 110 кВ и закрытое распределительное устрой-ство (ЗРУ) 35 кВ, установлено два ав-тотрансформатора мощностью по 200 МВА. Подстанция оснащена автомати-зированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП) и коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), а также микропроцессор-ными устройствами релейной защиты. На подстанции установлено современ-ное оборудование, отвечающее обще-мировым стандартам.

Серьезный вклад в реконструкцию под-станции Пенза-1 обеспечили предприя-тия концерна АББ:

на ОРУ-220 кВ установлены выклю-• чатели производства АББ;АСУ ТП подстанции построена на • базе ПТК MicroSCADA Pro.

Изготовителем ПТК АСУ ТП MicroSCADA Pro стало одно из предприятий группы АББ в России – ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы».

При выборе основных технических ре-шений по АСУ ТП, еще на этапе подго-товки предложений, были проработаны несколько вариантов архитектуры ПТК с использованием различного оборудо-вания концерна, отвечающие всем дей-ствующим требованиям ОАО «ФСК». В качестве микропроцессорных защит бу-дут применяться терминалы производ-ства НПП «Экра». Следует отметить, что впервые в практике ООО «АББ Си-ловые и Автоматизированные системы» АСУ ТП подстанции не базировалась на МП РЗА производства концерна АББ.

В процессе защиты выработанных тех-нических решений на совещании в ОАО «ФСК» была окончательна утвержде-на архитектура ПТК с использованием устройств RTU 560 в качестве контрол-леров присединений.

При выполнении проекта АСУ ТП ПС Пенза-1 Центр Инжиниринга ООО «АББ Силовые и Автоматизированные системы» разработал и испытал ряд других новых технических ре шений:

обмен информации в АСУ ТП для • устройств RTU 560 вы полнен с ис-пользованием станционной шины МЭК 61850, в том числе с примене-нием «GOOSE» сообщений;мониторинг автотрансформаторов • объекта реализован в среде и сред-ствами MicroSCADA Pro с использо-ванием информации от технологи-ческих датчиков трансформаторного оборудования.

В ходе проектирования и разработки АСУ ТП также были решены следую-щие задачи:

информационная интеграция МП • устройств РЗА (80 шт) про изводства НПП «ЭКРА» в MicroSCADA Pro вы-полнена с использованием протоко-ла МЭК 60870-5-103; разработка и испытание шины им-• пульсной синхронизации времени МП устройств РЗА производства НПП «ЭКРА».

В ходе выполнения пуско-наладочных работ было сформировано предложе-ние по интеграции в MicroSCADA Pro устройств «ОПТИМАЙЗЕР» для мо-ниторинга элегазовых вы ключателей 220 кВ производства АББ. Эти работы запланированы на ближайшее время.

Таким образом, разработка и испыта-ния новых технических решений по АСУ ТП на ПС 220 кВ Пенза-1 позволят ООО «АББ Силовые и Автоматизированные системы» расширить область приме-нения MicroSCADA Pro для объектов ФСК и МРСК, осо бенно в тех случаях, когда поставщиком МП РЗА является другой производитель.

В апреле 2011 года завершились пуско-наладочные работы, и к проведению предварительных испытаний была подготов-лена АСУ ТП ПС 220/110/35 кВ Пенза-1. Подстанция и АСУ ТП готовы к включению в Единую энергосистему страны.


ИСТОРИчЕСКИЕ СОБыТИЯ

«Техника не заботится много о лабораторных опытах, мало интересуется теоретическими размышлениями и «возможностями». Она приветствует открытия лишь тогда, когда ей покажут, что из них можно кое-что «сделать», покажут хотя бы и не в законченной, но, по крайней мере, в сколько-нибудь практической форме».

Прыжок

Все началось с того, что город Франкфурт стал испытывать трудности связанные с недо-статком электроэнергии. Обер-

бургомистр никак не мог определиться, какой ток выбрать для центральной электростанции города: постоянный или переменный. По его просьбе была создана международная комиссия. Но и она не могла прийти к единому мне-нию. В итоге в начале 1890 года было принято решение организовать между-народную электротехническую выстав-ку во Франкфурте, на которой все же-лающие продемонстрировали бы свои технические решения. Организовали также специальную международную ис-пытательную комиссию, которая долж-на была определить лучшую систему электроснабжения.

Одним из организаторов выставки стал Оскар фон Миллер, горячий сторонник трехфазного тока. В то время он зани-мался проектом в селенье Лауфен в 170 километрах от Франкфурта. Рядом с селеньем протекала река Неккар. На ней была сооружена плотина, обслу-живающая нужды местного цементного завода. У руководства завода возникла идея: поставить динамо-машину и часть энергии реки продавать соседнему ма-ленькому городку Гейльброн, который находился всего в десяти километрах. Миллер меняет планы и предлагает

М. О. Доливо-Добровольский

Виктор БородинДмитрий Бородин

двум крупным электротехническим пред-приятиям - AEG и Эрликон, передать с помощью трехфазного тока электроэ-нергию реки Неккар уже не на десять, а на 170 километров до Франкфурта. Для того времени это было невиданное по протяженности расстояние для элек-тропередачи. Миллер хорошо знал эти дружественные фирмы и внимательно следил за работами в области высоко-вольтной электропередачи и трехфаз-ных токов ведущих специалистов этих компаний - Доливо-Добровольского и Брауна.

Вот как Доливо-Добровольский, описы-вает тот момент, когда Миллер сообщил руководству AEG и Эрликон о задуман-ном проекте: «Браун и я тотчас же чрез-вычайно заинтересовались этим вопро-сом и постарались вызвать у дирекции наших фирм доверие к предприни-маемому опыту. При предварительном обсуждении я заявил, что напряжение в 10 000 В может быть передано с аб-солютной легкостью и что после неко-торого предварительного изучения во-проса можно будет дойти, вероятно, до 15000 В. Браун высказался за еще бо-лее высокие напряжения, примерно 25 000—30 000 В». Чарльз Браун, правда, считал, что линия высокого напряжения должна быть однофазной. По его мне-нию, три фазы лишь усложняли и без того невероятно трудную задачу. Этот

талантливый ученый был убежден, что использование трехфазной системы имеет только одно преимущество – применение трехфазного асинхронного двигателя без щеточного механизма. В дальнейшем такая позиция Брауна привела к серьезному конфликту между двумя учеными.

Руководитель AEG – Эмиль Ратенау и директор завода Эрликон – полковник Петр Эмиль Губер согласились на экс-перимент. 4 июля 1890 г. было направ-

Эмиль Ратенау



лено официальное письмо руководству выставки о готовности участия в элек-тропередаче на 170 километров. Вос-пользовавшись этим обстоятельством, Миллер тотчас же публикует об этом событии сообщение в прессе, отрезав тем самым все пути к отступлению. По-тянулись месяцы переговоров между участниками выставочного комитета и участниками проекта. Эмиль Роте-нау боялся роковой ошибки. Ответ-ственность и риски, неопределенность результата, развернувшаяся критика этого проекта заставили его проверять и перепроверять. Ведь при появлении первых новостей об электропередаче Лауфен - Франкфурт, электротехники мира разделились на два лагеря. Одни с энтузиазмом приветствовали это сме-лое решение, другие отнеслись к нему как к громкой, но бесполезной рекламе. Рассчитывали возможный КПД. Неко-торые полагали, что он будет 12,5%. Самые оптимистичные прогнозы не превышали 50%. Даже сам Марсель Депре, признанный авторитет в области электропередачи на большие расстоя-ния, сомневался в экономической целе-сообразности этого проекта. Большой вклад в этот проект внес Губер. Обще-ственное мнение было таково, что даже инициатор этого проекта Миллер коле-бался. Спустя годы он напишет Губеру: «Я никогда не забуду, сколь дально-видной и самоотверженной была Ваша

Генератор трехфазного тока Чарльза Брауна

поддержка электропередачи во Франк-фурте как раз в тот момент, когда за-планированное мероприятие казалось почти потерянным».

Но риски были очень велики. Эрликон обязался провести в кратчайшие сроки серию предварительных опытов. Чарльз Браун срочно изготовил два однофаз-ных масляных трансформатора: один для повышения, второй для понижения напряжения. Он как паутиной опутал параллельными рядами проводов двор завода Эрликон. Таким образом, имити-ровалась линия передачи в несколько километров. На завод был тайно от-командирован Доливо-Добровольский. Он провел вместе с Брауном «неглас-ные» опыты. Проверяли надежность

Миллер меняет планы и предлагает двум круп-ным электротехническим предприятиям - AEG и Эрликон, передать с по-мощью трехфазного тока электроэнергию реки Неккар уже не на десять, а на 170 километров до Франкфурта.



высоковольтной системы, определя-ли расстояния между проводами, при которых происходил разряд, отраба-тывали защиту. Имитировали также погодные условия, в частности дождь, поливая всю систему из брандсбойда. В итоге опыты с напряжением 25000-30000 В удались блестяще. Они были продемонстрированы выставочной комиссии на заводе Эрликон. Доливо-Добровольский показал действующий макет трехфазной электропередачи с асинхронным двигателем в 0,75 кВт.

Наконец проект был окончательно утвержден 25 марта 1891 года. На ги-дростанции реки Неккар турбина долж-на была вращать через коническую передачу вал трехфазного генератора (230 кВА, 150 об/мин, 95В, 40 Гц). Да-лее медные шины от генератора под-ходили к распределительному щиту с амперметрами и вольтметрами, предо-хранителями и другой аппаратурой. Затем следовала комбинация из трех повышающих масляных трансформа-торов с призматической формой маг-нитопровода. Трансформаторы можно было соединять друг с другом, изме-няя этим величину напряжения. Далее шла 170-километровая высоковольтная трехфазная линия электропередачи. Во Франкфурте на выставочной площади установили три понижающих транс-форматора, от которых питались 1000 электроламп напряжением 65 В каждая, смонтированных на огромном щите, и асинхронный электродвигатель (75 кВт, 600 об/мин). Электродвигатель приво-дил в действие гидравлический насос, качающий воду для искусственного во-допада высотой около десяти метров. Энергия водопада реки Неккар в Лау-фене чудесным образом передавалась по проводам за 170 км и превращалась

в водопад уже во Франкфурте. Эта идея повторяла эксперимент электропереда-чи от Мисбаха до Мюнхена 1882 года, в котором принимали участие Марсель Депре и Оскар фон Миллер. Но мас-штабы этих двух электропередач были несопоставимы. Работа распределялась следующим об-разом. Доливо-Добровольский изготав-ливал четыре трехфазных трансфор-матора 100-150 кВА по два на каждую сторону электропередачи и асинхрон-ный двигатель мощностью 75 кВт. AEG поставляла распределительные щиты с необходимой аппаратурой. Браун устанавливал в Лауфене синхронный генератор трехфазного тока и монти-ровал еще дополнительно по одному трансформатору на каждом конце ли-нии. Линию электропередачи строило городское почтовое ведомство, кото-рую спроектировал инженер Фридрих Эберт.

Но это были только идеи, а до откры-тия выставки оставалось менее двух месяцев. Не было еще ни чертежей, ни самих электротехнических устройств, ни линии электропередачи! Не было даже опыта проектирования мощно-го трехфазного электрооборудования. Как поведет себя вся электрическая система такого масштаба в целом? Ка-кие сюрпризы преподнесет трехфазное высокое напряжение? Это была аван-тюра – «прыжок» без гарантии удачного приземления. Доливо–Добровольский писал о том времени: «О создании электродвигателей промежуточной ве-личины или об ускоренной опытной конструкции, после чего можно было бы перейти к окончательному типу, не могло быть и речи вследствие чрезвы-

чайно краткого срока. Двигатель нужно было просто построить, и он должен был работать и даже выдерживать кри-тику всего электротехнического мира и экспертной комиссии. Если я не хотел навлечь на мой трехфазный ток несмы-ваемого позора и подвергнуть его недо-верию, которое вряд ли удалось потом быстро рассеять, я обязан был принять на себя эту задачу и разрешить ее. В противном случае опыты Лауфен — Франкфурт и многое, что должно было затем развиться на их основе, пошли бы по пути применения однофазного тока».

И, тем не менее, работа закипела. Все делалось в спешке – часто элементы технических устройств рисовались от руки и тотчас отдавались в производ-ство. Времени на разработку докумен-тации просто не было.

Интересен описанный Доливо-Добровольским эпизод одного из его частых посещений завода Эрликон. Чарльз Браун показал ему проект толь-ко что сконструированного им трехфаз-ного синхронного генератора. Михаилу Осиповичу очень понравился корпус генератора с массивной обмоткой. Он писал: «Безусловно, эта низковольтная динамо-машина была исключительно красива… ее размеры и потери были поразительно малы». Но в тоже время он указал на серьезные недостатки в конструкции. Ротор генератора обладал очень большим магнитным рассеянием, что обязательно должно было привести к резким падениям напряжения при из-менении нагрузки. Но переделывать было некогда. И эти недостатки учли в электропередаче. Падение напряжения не позволяло запустить 75 кВт асин-хронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обладающим очень простой и надежной конструкцией. Пришлось Доливо–Добровольскому пожертвовать своим детищем ради главной идеи трех-фазной электропередачи. Он спроекти-ровал свой двигатель, но уже с фазным ротором. А это означало опять наличие щеток, контактных колец и пускового реостата.

Явные достоинства асинхронного дви-гателя перед основным конкурентом - машиной постоянного тока стира-лись (как известно, в машинах посто-янного тока наиболее слабым звеном является как раз наличие щеток).

Это была авантюра – «прыжок» без гарантии удачного приземления.

Петр Эмиль Губер

Асинхронный двигатель Доливо-Добровольского



Все это не могло не отразиться в даль-нейшем на продвижении трехфазного двигателя.В качестве изолирующих материалов для высоковольтных трансформаторов применялись бумага, войлок и фланель, предварительно прокипяченные в мас-ле. Трансформаторы заполняли специ-альным смоляным маслом с удельным весом больше единицы, так что вода, которая случайно проникла бы в него, должна была выходить на поверхность. Трансформаторы после заполнения маслом прогревались в течение не-скольких дней при температуре свыше 100° чтобы устранить последние следы влажности. Ни один из трансформато-ров не имел случаев отказа изоляции или пробоев, даже при последующей работе с напряжением выше 30 000 В.Трехпроводная линия электропередачи велась медным проводом диаметром 4 мм, который крепился на фарфоро-маслянных изоляторах. Опоры линии были деревянными с пролетом около 60 м. Интересной деталью линии ста-ла установка плавких предохраните-лей со стороны высокого напряжения. В начале линии электропередачи в разрыв каждого провода был включен значительно более тонкий провод. Для отключения линии во Франкфурте по-средством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое за-

мыкание. Плавкие вставки перегорали, турбина, начинала разгоняться, и ма-шинист, заметив это, останавливал ее.В разгар работ Чарльз Браун объявил о своем скором уходе из фирмы Эрли-кон, намереваясь основать со своим коллегой Вальтером Бовери собствен-ное предприятие. Это сильно осложни-ло работу Доливо-Добровольского. Его ноша стала еще тяжелей.16 мая 1891 года Франкфуртская Между-народная электротехническая выставка открылась. И тот факт, что выставка уже работала несколько месяцев, а гранди-озная трехфазная электропередача все еще бездействовала, постоянно был поводом для утверждений о безуспеш-ности нового эксперимента и его неиз-бежном провале. Перед самым пуском электропередачи возникла неожидан-ная проблема. На каждом из примерно трех тысяч деревянных столбов линии был изображен череп. Люди боялись высокого напряжения и обрывов про-водов. Выставочный комитет убеждал население и местных чиновников в том, что линия электропередачи надежно за-щищена. Больше всего боялись обрыва высоковольтных проводов и падения их на рельсы железной дороги.

Администрация Бадена, по чьей земле проходила электропередача отказала в разрешении соединить участки ли-

нии между собой. Оскар фон Миллер спустя годы писал, что дошло дело до взаимных оскорблений служащих пра-вительства. К счастью все закончилось бочонком вина для примирения. Чтобы окончательно убедить всех, Доливо-Добровольскому, пришлось совершить героический поступок. На границе двух земель, по которым проходила линия, собрались представители власти и журналисты. Включили линию под на-пряжение и специальным приспосо-блением оборвали провод, который со вспышкой упал на рельсы железной до-роги. Доливо–Добровольский быстро подошел и поднял провод незащищен-ной рукой. Он был абсолютно уверен, что сконструированная им защита на-дежна.Наконец, все было смонтировано и мно-гократно проверено. Объявлено, что 25 августа 1891 года включатся 1000 электроламп на выставке во Франк-фурте, затем спустя некоторое время заработает искусственный водопад от электродвигателя. Все должно было произойти с первого раза, без аварий, и главное, чтоб энергия не потерялась на протяжении 170 км, и её хватило на все объекты. 24 августа Доливо-Добровольский скомандовал подать на-пряжение в линию. Скоро станет ясно, удался ли «прыжок».

Плотина электростанции на реке Неккар

Техника вдохновляет.

Новое поколение разработчиков промышленных линий ищут вдохновение в приводах АББ и находят простой способ инте-грации систем управления приводами. К примеру, разработчики ленточных конвейеров. Независимо от изделия или материала, который перемещает конвейер,

привод АББ обеспечивает высочайший уровень надежности и эффективности. Приводы пробуждают воображение! Позвоните в АББ, чтобы узнать больше.

Documents

Энергия разума №2, 2011