Энергия разума №2, 2011

2|11

Журнал для заказчиков АББ в России

ЭНЕРГИЯ РАЗУМА

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

СОДЕРЖАНИЕ

04

16

Энергоэффективность в нефтегазовой отрасли Энергоэффективность и надежность электрической машины действительно неразрывно связаны.

Низковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабжения Новейшая разработка концерна АББ в области низковольтных систем.

06

20

АББ получила сертификаты ISO Инструмент для постоянного развития.

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

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.

2

Энергия разума 2 | 11

СОДЕРЖАНИЕ

07

АББ в мобильном телефоне Использование мобильных устройств для доступа к сайту АББ растет рекордными темпами.

Тема номера 4

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

08

Пятиуровневый преобразователь Технология ANPC-5L и привод ACS 2000.

Технологии АББ 14

Проектирование шкафов КРУ среднего напряжения Внедрение новой системы.

16

Низковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабжения Новейшая разработка в области низковольтных систем.

Новости АББ в мире

Интересные проекты

6

АББ получила сертификаты ISO

18

7

АББ в мобильном телефоне

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

Технологии АББ

Исторические события

8

10

Пятиуровневый преобразователь Технология ANPC-5L и привод ACS 2000.

Прыжок

Передача электроэнергии реки на 170 километров. Энергия разума 2 | 11

3

ТЕМА НОМЕРА

Энергоэффективность в нефтегазовой отрасли

Промышленный привод ACS800 Multidrive

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 реализации энергосберегающих технологий.

В

опрос энергосбережения конечно же актуален и для нефтегазовой отрасли. Традиционные процессы нефтегазовой промышленности делятся на три основных направления: добыча, переработка и транспортировка, и на каждом из этих этапов могут применяться энергосберегающие технологии. Вместе с экономией энергии, использование этих технологий дает еще и ресурсосбережение, что, в свою очередь, влияет на улучшение условий труда персонала и повышение качества производимого продукта. Компания АББ готова предложить энергосберегающее оборудование и системы для каждого из этих этапов.

4

Энергия разума 2 | 11

Давайте пройдем по всей цепочке технологического процесса. Технологический процесс начинается с насосов, компрессоров, вентиляторов и др., которые приводятся в действие высоковольтными и низковольтными двигателями с повышенным КПД серий HXR, M3BM, M3BP, M3GP, M3JP, M3KP. Компания АББ давно выступает за эффективность, как обязательную стандартную характеристику двигателя, которую заказчик не должен оплачивать как «дополнительную услугу». Выпускаемые компанией АББ двигатели относятся к двум высшим классам энергетической эффективности – IE2/IE3. КПД энергоэффективных асинхронных

двигателей АББ выше на 1-5%, чем у традиционных. Это прежде всего происходит за счет: - увеличения массы активных материалов – меди, алюминия и стали; - применения более тонкой и высококачественной электротехнической стали; - использования меди вместо алюминия в качестве материала обмоток ротора; - уменьшения воздушного зазора между ротором и статором; - конструкторских разработок АББ и высокоточного технологического оборудования. Необходимо отметить, что доля затрат на электроэнергию только за один год

ТЕМА НОМЕРА эксплуатации в 3-5 раза выше стоимости самого двигателя. За свой срок службы двигатель потребляет электроэнергии на сумму в 100 раз больше, чем его стоимость. Особое внимание Европейских производителей и потребителей электродвигателей приковано сейчас к Директиве 2005/32/ЕС, которая с 16 июня 2011 года запрещает использование в Европе двигателей класса энергоэффективности IE1. Несмотря на то, что электродвигатели для опасных условий эксплуатации не попадают под действие этой Директивы, компания АББ производит электродвигатели для опасных условий эксплуатации в соответствии с требованиями данной Директивы. Подход компании АББ к надёжности такой же, как и к эффективности: основа надёжности – высокое качество, в особенности качество применяемых материалов. Стоимость последних в цене двигателя составляет в среднем 55%, т.е. более половины. В процессах непрерывного производства, внеплановых простоев следует избегать любой ценой, и в этих случаях, надёж-

мов: погружные, насосы поддержания пластового давления, компрессоры, тягодутьевые механизмы. Все основное технологическое оборудование разрабатывается под определенную номинальную рабочую мощность, но процесс редко использует этот ресурс, чаще он работает на нагрузках меньше номинальных. Традиционно для регулирования параметров технологического процесса применяется дросселирование. Суть сводится к снижению производительности агрегата с увеличением потерь. Наиболее эффективным решением данной проблемы является применение регулируемого привода, который изменяет скорость вращения электродвигателя. АББ предлагает самый широкий выбор частотно-регулируемых приводов от 180 Вт до 100 МВт на все классы напряжения, которые могут применяться для регулирования скорости вращения. Такие приводы объединены общей серией ACS и разделяются по сериям 55, 150, 310, 355, 550, 800 и высоковольтной серии 1000, 2000, 5000,6000. Все приводы АББ могут интегрироваться в существующие АСУ ТП по любым протоколам передачи данных и сетевым интерфейсам с применением как контроллеров АББ серий АС31, АС 500, АС 800, так и контроллеров других производитеНизковольтные электродвигатели серии M3KP лей. ность – прежде всего. Остановка всего на несколько минут может обойтись во столько же, во сколько обходится новый двигатель. В нефтегазовой промышленности надёжность - первоочередная забота. Электродвигатели часто работают в очень суровых условиях, выдерживая жару и холод, агрессивные среды, пыль и влагу. Компания АББ накопила огромный опыт поставки электродвигателей, как для обычных производственных условий эксплуатации, так и для условий 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. Основная часть электрической энергии, которая в работу не преобразовывается, теряется в виде тепла. Таким образом, при увеличении КПД электродвигателя на 1-2 % потери уменьшаются на 2030%, что очень существенно влияет на его надежность. В нефтегазовой отрасли активно используются различные виды механиз-

Особое внимание Европейских производителей и потребителей электродвигателей приковано сейчас к Директиве 2005/32/ЕС, которая с 16 июня 2011 года запрещает использование в Европе двигателей класса энергоэффективности IE1.

Применение данных приводов дает ощутимый эффект как экономии электроэнергии, так и улучшения качества процесса и условий труда работников. Характерным примером использования высокоэффективных и надежных технологий АББ в нефтегазовой отрасли является внедрение регулируемого 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 переменного тока ACS800 Multidrive напряжением 660 В, мощностью от 3600 до 5600 кВт; В мировом масштабе компания АББ не только принимает и поощряет законы и стандарты, касающиеся энергоэффективности, но и является инициатором таковых.

Энергия разума 2 | 11

5

НОВОСТИ АББ в мире

АББ получила сертификаты ISO Cертификация – инструментом постоянного развития и улучшения всех производственных процессов в компании.

В

ООО «АББ» в феврале-марте 2011 года были успешно проведены сертификационный аудит системы менеджмента качества в соответствии с международным стандартом ISO 9001:2008 и аудит системы экологического менеджмента в соответствии с международным стандартом ISO 14001:2004. Аудиты были проведены ООО Фирма «Интерсертифика-ТЮФ совместно с ТЮФ Тюринген», одним из мировых лидеров в области сертификации систем менеджмента. Сертификация проходила в центральном офисе АББ в России в Москве, а также на производственных площадках в Екатеринбурге, Хотьково и в Москве, в департаменте «Оборудование среднего напряжения». Продукция, системы, решения и сервис АББ разработаны с целью совершенствования бизнеса наших заказчиков. Они сфокусированы на улучшении показателей надежности и повышении промышленной продуктивности – уменьшая воздействие на окружающую среду. Мы стремимся к минимизации воздействия на окружающую среду наших технологий и продукции, проводя через эту экспертизу заказчиков и поставщиков, стараясь, в то же время, обеспечить экологичность и энергетическую эффективность наших производственных процессов. АББ стремится к сокращению энергопотребления и использованию материалов, рационализации способов транспортировки продукции, сокращению воздействия на окружающую среду, прекращению использования опасных веществ, разработке эко-эффективной и повторно перерабатываемой продукции и улучшению производительности поставщиков. В соотвествии с положениями Международного стандарта ISO 9001 в ООО «АББ»: • установлены и определены процессы, необходимые для системы

6

Энергия разума 2 | 11

• •

•

•

менеджмента качества, и их применение в компании; установлены последовательность этих процессов и их взаимодействие; установлены критерии и методы, необходимые для обеспечения результативности как при осуществлении этих процессов, так и при управлении ими; обеспечивается наличие ресурсов и информации, необходимых для поддержки осуществления этих процессов и их мониторинга; осуществляется мониторинг, измеряется (где это возможно) и анализируются эти процессы, а также предпринимаются 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 законодательству в области охраны окружающей среды; • постоянный контроль и снижение вредного воздействия на окружающую среду; • обучение и повышение осведомленности работников компании в области охраны окружающей среды, экологических аспектах на всех уровнях жизненного цикла продукции и услуг; • рациональное использование и снижение ресурсопотребления; • использование лучших практик, применяемых в компаниях Группы АББ. Концепция непрерывного улучшения является основой, на которой построены стандарты ISO; и сотрудники ООО «АББ» могут с уверенностью сказать, что сертификация систем менеджмента качества и экологии является важнейшим фактором конкурентоспособности и устойчивого развития компании в условиях рынка.

новости АББ в мире

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

АББ готова к таким переменам и создала новую мобильную версию своего сайта www.abb.com. Новый сайт, http://m.abb.com, представляет собой компактную и легкую в навигации версию стандартного сайта АББ, которая специально оптимизирована под новый пользовательский интерфейс смартфонов. Использование мобильных устройств для доступа к сайту АББ растет рекордными темпами. Всего за месяц работы в тестовом режиме мобильную версию просмотрело свыше 30 000 посетителей. Наиболее посещаемыми разделами стали: продукты и услуги (24%), переходы с главной страницы (21%) и работа\ карьера (8%). Помимо разработок для поддержки основного сайта, было важно провести сравнительный анализ. В условиях постоянно растущей конкуренции за долю рынка, компании-поставщики смартфонов и программного обеспечения ищут пути превращения таких устройств как Android (от Google), iPhone и iPad (от Apple) в неотъемлемую часть бизнеса, внедряя интерфейсы для кор-

поративных сетей и обеспечивая им максимальную безопасность. На сегодняшний день Apple и Blackberry совместно занимают три четверти рынка мобильных устройств, но инновационные решения и новые участники рынка могут в корне изменить ситуацию в ближайшие несколько лет. Вот почему АББ выбрала независимую платформу, независимую от того или иного устройства. Большинство мобильных устройств автоматически подключают пользователей к мобильным версиям сайтов. Однако, не все мобильные сайты предлагают пользователям возможность перейти к обычной версии сайта. Некоторые мобильные корпоративные сайты предлагают тесную интеграцию с устройствами, например, привязку контактных данных с веб-сайта к адресам уже хранящимся на телефоне. Новый мобильный сайт АББ с упрощенным интерфейсом отвечает самым критическим требованиям пользователей. К примеру, поиск контактов – основное приложение для мобильных браузеров. Каждый сможет найти необходимую

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. Раздел «Работа в АББ» содержит контакты кадровых служб, которые нужны соискателям во время поиска работы. Сири Брен, менеджер проекта мобильной версии сайта АББ, рассказал: «Сегодня большинство заказчиков, бизнеспартнеров и сотрудников должны быть максимально продуктивными. Главная цель сайта – обеспечить легкий доступ к актуальной и своевременной информации. Сейчас сайт работает в тестовом режиме, и мы продолжаем его доработку. Конечно же, мы надеемся, что наши пользователи дадут нам максимально 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». Энергия разума 2 | 11

7

технологии АББ

Пятиуровневый преобразователь

Технология ANPC-5L и привод ACS 2000

Современная силовая электроника вызвала революционные изменения в передаче и потреблении электроэнергии. В области применения электроприводов способность произвольно выбирать, а также непрерывно изменять частоту и амплитуду выходного напряжения инвертора способствовала существенному увеличению эффективности использования электроэнергии и возможности ­ею управлять. Инверторы формируют напряжение переменного тока путем переключения с высокой частотой различных уровней напряжения постоянного тока с помощью полупроводников. Форма выходного сигнала, созданного таким образом, отличается от «идеальной» синусоидальной формы по причине формирования его из прямоугольных 8

Энергия разума 2 | 11

импульсов. Различие может быть достаточным для того, чтобы сделать невозможным использование регулируемого электропривода во многих применениях, требующих более высокого «качества» напряжения переменного тока. Одним из способов сделать энергоэффективные преимущества электроприводов доступными для более широкого применения является увеличение количества уровней напряжения постоянного тока. Привод ACS 2000 концерна АББ выходит за пределы обычно используемых трёх уровней напряжения, доводя их число до пяти. Кроме того, благодаря своей оригинальной топологии, он помогает избежать многих проблем, которые могли бы сделать пятиуровневый преобразователь чрезмерно усложнённым.

И

нвертор (устройство, преобразующее постоянный ток в переменный) работает по принципу переключения между различными уровнями напряжения постоянного тока. Таким образом, на выходе получается не синусоидальная форма выходного сигнала, а высокочастотные прямоугольные импульсы, которые формируются для создания формы выходного сигнала, максимально схожей с синусоидой рис. 1c. Здесь можно привести одну аналогию: возьмём цифровую фотографию, сделанную с низким разрешением. Изображение на такой фотографии не будет в точности соответствовать оригиналу, поскольку малое количество пикселей ограничивает уровень детализации изображения. Возможность как можно точнее воспроизвести идеальную синусоидальную волну с помощью прямоугольных импульсов подобным же образом ограничена количеством доступных уровней напряжения. Тем не менее, в отличие от фотографии, разница заключается не только в эстетических аспектах: синусоида неидеальной формы порождает гармоники (ток и напряжение более высокой частоты), которые могут стать причиной ряда негативных последствий: от перегрузки изоляции и подшипников электродвигателя до создания помех для другого оборудования. Фильтры подавления гармоник могут использоваться для сглаживания выходного сигнала путем поглощения проблемных гармоник, но они вызывают как дополнительные финансовые расходы, так и дополнительные потери энергии. Чтобы как-то справиться с воздействием таких гармоник, двигатели должны проектироваться с учётом дополнительных нагрузок (что исключает применение каталожных стандартных электродвигателей). Это веский довод в пользу преобразователя, который может создавать более правильную синусоиду выходного тока. Уровни инвертора Самый простейший инвертор представляет собой двухуровневый преобразователь. Он называется двухуровневым, поскольку в нём существуют только два уровня напряжения: прямое и обратное питающее напряжение постоянного тока. Трёхуровневый преобразователь со средней точкой (NPC) является продолжением данной концепции, и в нём существует напряжение средней точки (нейтрали) рис. 1a; он может формировать уровни выходного сигнала, которые изображёны на рис. 1c. Преобразователи проектировались таким образом, чтобы выйти за пределы описанных ограничений и вырабатывать пять уровней напряжения. Тем не ме-

техно логии АББ нее, такие топологии часто достигаются ценой куда более сложной конструкции. Например, если из напряжения постоянного тока должно вырабатываться пять, а не три уровня выходного напряжения, он потребует дополнительных фиксирующих диодов и конденсаторов, а также соответствующей схемы управления и контроля зарядки конденсаторов. Альтернативный подход заключается в последовательном подключении преобразователей, что опять-таки усложняет цепи постоянного тока из-за необходимости гальванической развязки цепей питающего напряжения и, следовательно, применения дорогостоящих трансформаторов. Такие решения могут быть приемлемы для больших мощностей, но менее мощные средневольтные приводы 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 уровней напряжения, и поэтому контуру требуется дополнительный конденсатор 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-5L Принципиальная 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 постоянного тока, т.е. одной четверти от общего напряжения звена постоянного тока. Общий принцип работы схемы может быть охарактеризован как трёхуровневый NPC-преобразователь плюс дополнительный конденсатор. Этот фазный конденсатор переключается последовательно с трёхуровневым преобразователем по мере необходимости и обеспечивает два дополнительных промежуточных уровня напряжения на выходе. Звено постоянного тока идентично звену постоянного тока трёхуровневого NPC преобразователя. Топология ячейки 1 на рис.2b полностью идентична топологии аналогичной ячейки трёхуровневого NPC-преобразователя рис.1b. По аналогии с такой схемой, ключи в виде биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) в ячейке 1 имеют номинальное значение в размере половины напряжения звена постоянного тока.

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

1а Принцип работы

1b Цепь

1с Форма (пример)

выходного

напряжения

Технология ANPC-5L требует всего лишь одного дополнительного конденсатора на фазу в сравнении с трёхуровневым преобразователем NPC. Энергия разума 2 | 11

9

технологии АББ Поскольку дополнительный конденсатор заряжен на четверть от напряжения звена постоянного тока, номинальное значение IGBT в ячейках 2 и 3 определено 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 NPCпреобразователем. Преобразователь обеспечивает полную четырёхквадрантную функциональность (энергия преобразуется в обоих направлениях).

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

Принцип работы ANPC-5L Ключи ячейки 1 (на рис. 2b) работают в качестве дополнительных устройств, при этом S1и Snp2 работают синхронно вместе (подобным же образом работают S4 и Snp1). Ключи ячейки 2 работают в противофазе друг другу, также как и ключи в ячейке 3. Общее количество режимов переключений на фазу показано на рис. 3. Всего возможны восемь режимов. Поскольку конвертер имеет всего пять уровней выходного сигнала, некоторые режимы оказываются излишними. Тем не менее, вместо того чтобы полагать, что некоторые режимы преобразователя не используются, лучше посмотреть 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 оказан на зарядку конденсатора фазы. На рис. 4 сравниваются V5 и V6, а также показано, как V6 вычитает VDC/2 из напряжения 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 требуемого напряжения на конденсаторе фазы без дополнительной схемы зарядки.

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

2а Принцип работы

2b Схема

3 Фазовые состояния преобразователя ANPC-5L

4 Две различные цепи тока, обеспечивающие одинаковое напряжение на выходе

Привод ACS 2000 В конструкции привода ACS 2000 использованы два пятиуровневых преобразователя в «зеркальной» конфигурации (B2B). Схема привода ACS 2000 показана на рис. 5. Конструкция механической части Бестрансформаторный привод ACS 2000 на рис. 6 спроектирован с целью максимального увеличения времени безотказной работы с помощью модульной конструкции. Номиналы компонентов подобраны с учётом их расчётного срока службы, а также предусмотрен лёгкий фронтальный доступ до всех критически важных компонентов. Конструкция фазовых модулей в форме выдвижных ящиков облегчает быструю 10

Энергия разума 2 | 11

4a Вектор переключения V6 из рис. 3

4b Вектор переключения V5 из рис. 3

Обратное направление тока в Cph позволяет поддерживать конденсатор в заряженном состоянии

техно логии АББ 5 Базовая конфигурация привода ACS 2000

Бестрансформаторный привод ACS 2000 спроектирован с целью максимального увеличения времени безотказной работы с помощью модульной конструкции.

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

и безопасную замену в случае неисправности. Ключевым элементом модульной концепции является фазовый модуль рис. 7. В состав модуля входят основные компоненты одной фазы преобразователя (как показано на рис. 2b), включая силовые полупроводники, драйверы и конденсатор фазы. Модуль также включает в себя интерфейсную плату для связи с более высоким уровнем управления и оборудование для измерения тока и напряжения. Это позволяет осуществлять простое подключение модуля, поскольку необходимо лишь подсоединить питание и оптоволоконную линию связи. Токонесущие

соединения выполнены в виде соединительных штепселей. Благодаря своей простоте модуль может быть заменён пользователем в течение нескольких минут. Испытания Привод ACS 2000 испытывался в «зеркальной» конфигурации. Были установлены два привода ACS 2000: испытываемый привод (DUT) и нагрузочный инвертор. Оба привода были подключены в общую трёхфазную сеть и подсоединены к соответствующим электродвигателям (объединенных общим валом). Один из практических результатов такого подключения состоял в том, что

только потери в системе электропривода должны были покрываться за счёт питающей сети. Поскольку оба привода (DUT и нагрузочный инвертор) относились к типу ACS 2000, было возможно одновременно наблюдать за двигательным и рекуперативным режимами работы привода. Также проводились длительные испытания в «зеркальной» конфигурации для подтверждения высокой надёжности приводов. Входные и выходные характеристики Работа выпрямителя показана на рис. 8. Пятиуровневый преобразователь обеспечивает двигателю девять уровней линейного напряжения. Энергия разума 2 | 11

11

технологии АББ 9 Осциллограммы напряжения

9a пятиуровневое фазное напряжение

Типичные формы сигналов тока и напряжения показаны на рис. 9. Новый пятиуровневый инвертор формирует выходной сигнал, довольно близкий синусоидальному и соответствующий требованиям для привода электродвигателей, спроектированных для прямого подключения к питающей сети без необходимости снижения их параметров. Работа во время нарушений режимов электропитания Сочетание многоуровневой топологии ANPC-5L и динамических характеристик прямого управления крутящим моментом может использоваться для предотвращения отключения привода даже в случае нарушения режима электропитания 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 привода, зависит от нагрузки, механизма и рабочей точки в момент отключения энергии. При отключении энергоснабжения напряжение звена постоянного тока сохраняется на определённом уровне для поддержания намагниченности двигателя. С этой целью энергия от вращающейся массы двигателя и нагрузки подаётся обратно через инвертор, чтобы компенсировать потери и поддержать напряжение в звене постоянного тока. Режим работы при отключённом энергоснабжении может поддерживаться, пока вращающаяся масса сохраняет энергию, достаточную для удовлетворения таких потребностей в электроэнергии. При восстановлении напряжения в питающей сети немедленно возобновляется ускорение двигателя до желаемой скорости. Полевые испытания на фактическом оборудовании заказчика отображены на рис. 10. Отключение питающего напряжения сети длилось одну секунду.

12

Энергия разума 2 | 11

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 крутящий момент быстро возвращается в двигательный режим.

Изделие обладает рядом дополнительных значимых характеристик, таких как простой монтаж, пуско-наладка и эксплуатация. Такие свойства являются особо важными с точки зрения конечного пользователя».

Применение и успехи Привод ACS 2000 разработан для самых разных областей применения в различных отраслях промышленности в рамках рынка приводов общего назначения, как показано на рис. 11.

Комбинация многоуровневой топологии ANPC-5L и динамических характеристик прямого управления моментом может применяться для предотвращения отключения привода даже в случае перерыва в подаче силового напряжения от сети в течение нескольких секунд. Призы и награды В декабре 2010 года консалтинговая компания Frost and Sullivan присудила приводу ACS 2000 награду как лучшему европейскому инновационному продукту 2010 года в номинации приводов среднего напряжения. В заявлении фирмы Frost and Sullivan было сказано, что «данное изделие обладает такими преимуществами, как гибкость подсоединения к питающей сети, низкое число гармоник, невысокое энергопотребление, простота монтажа и пуска в эксплуатацию, высокая надёжность и сниженная стоимость владения. Являясь единственным приводом с топологией на базе инверторов напряжения (VSI), без трансформатора и с запатентованным многоуровневым IGBT-управлением, привод ACS 2000 является важным достижением в секторе приводов среднего напряжения.

Новый пятиуровневый инвертор формирует выходной сигнал, полностью соответствующий требованиям для работы с электродвигателями, спроектированными для работы напрямую от сети без необходимости снижения их параметров.

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

Фредерик Киферндорф Леонардо Серпа Ян-Хеннинг Фабиан Антонио Коччиа

Корпоративный исследовательский центр концерна АББ в г. Баден-Детвиль, Швейцария frederick.kieferndorf@ch.abb.com leonardo.serpa@ch.abb.com jan-henning.fabian@ch.abb.com

Михаэль Баслер

Отдел силовой электроники и приводов среднего напряжения, Нью-Берлин, штат Вайоминг, США michael.basler@us.abb.com

Геральд Шойер 10а Питающая сеть

Отдел силовой электроники и приводов среднего напряжения, Турги, Швейцария gerald-a.scheuer@ch.abb.com

10b Напряжение в звене постоянного тока

Дополнительная литература

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

10с Характеристики на выходе

11 Целевые отрасли и применения привода ACS 2000

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 напряжения. Доклад был представлен на Международном симпозиуме по силовой электронике, электроприводам, автоматизации и движущимся механизмам в г. Пиза, Италия. Доклады записаны на CD-ROM. Энергия разума 2 | 11

13

технологии АББ

Проектирование шкафов КРУ среднего напряжения

Группа проектирования входит в состав подразделения по производству 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.

14

Энергия разума 2 | 11

Г

руппа занимается техническим сопровождением договоров на производство продукции и последующим проектным обеспечением деятельности производства. Ее сотрудники выполняют следующие функции: • разрабатывают технические решения в соответствии с заданием на проектирование; • разрабатывают схемы вторичных цепей, а также чертежей на размещение оборудования, дверей низковольтных отсеков (НВО); • составляют заказные спецификации; • подготавливают монтажные таблицы с маршрутами разводки проводников вторичных соединений и другую документацию для производства; • консультируют заказчиков и их представителей; • взаимодействуют с проектными организациями; • оказывают техническую поддержку и дают рекомендации для других отделов подразделения. Большая часть вышеприведенных функций выполняется в системе автоматического проектирования (САПР). Именно в этой программной среде подготавливается проектная документация для производства шкафов КРУ. Инженеры Группы проводят до 90% рабочего времени, используя ее для проектирования. Из-за возросших объемов и сложности проектов в процессе работы сформировался комплекс проблем: • высокие трудозатраты на проектирование; • высокие трудозатраты на внесение изменений; • невысокая автоматизация при работе, а также при подготовке документации для производства; • отсутствие единой элементной базы; • отсутствие обновлений и технической поддержки; • низкая надежность используемого программного обеспечения. В связи с этим, перед Группой были поставлены следующие основные задачи: • максимально упрощение и автоматизация при разработке конструкторской документации; • поиск более надежного и современного ПО для проектирования. Для решения этих задач провели мониторинг рынка новых систем автоматического проектирования, консультации с коллегами из других подразделений АББ, организовали встречи с производителями ПО. Была проведена оценка рисков по возможному внедрению

техно логии АББ нового ПО, а также разработан план ступенчатого перехода для их минимизации и обеспечения непрерывного производства.

AББ и EPLAN Software & Service заключили договор о технической поддержке, что позволит оперативно решать возникшие в ходе работы проблемы.

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

В результате внедрения ПО ЕPLAN Electric P8 инженеры Группы получили возможность: • максимально упростить работу с электрическими схемами; • готовить современный пакет заводской документации; • уменьшить риск возникновения ошибок; • сократить сроки работы над проектом; • максимально автоматизировано готовить документацию для производства; • повысить оперативность и время внесения изменений, доработок, исправления ошибок.

Для эффективного и быстрого внедрения часть сотрудников прошли курс ознакомления с EPLAN Electric P8 у наших коллег в Чешской Республике, г. Брно. Затем со специалистами EPLAN Россия проводились совещания с предоставлением необходимой информации об этапах проектирования, требуемой автоматизации, набора необходимых функций, пакета проектной документации. После оценки возможностей и необходимых системных ресурсов был составлен план работ по внедрению EPLAN Electric P8. Первым этапом внедрения стало изучение программного продукта. Инженерыпроектировщики прошли недельное обучение в новой системе. Был проведен базовый курс работы в новом ПО: установка, настройка, создание, редактирование проекта, отчетов и отдельных элементов, занесение в общую базу, автоматическое обновление и многое другое. После обучения отдельные сотрудники получили права ключевых пользователей. Им поручили дальнейшее самостоятельное изучение ПО и постепенное внедрение с более глубоким и детальным обучением остальных инженеров Группы. В результате выполненной работы ключевые пользователи создали проекты со стандартными заводскими решениями, основную элементную базу для проектирования, написали руководство пользователя на русском языке. Стандартные проекты позволили отладить работу в новом ПО.

Положительные моменты в работе очевидны – это детальность и оперативность, удобство использования, высокая автоматизация процессов, возможность снижения производственных затрат и одновременно повышение производительности труда. На данный момент все сотрудники Группы владеют знаниями проектирования в новой САПР и успешно справляются со своими обязанностями. Уже сейчас можно с уверенностью говорить об удачном и качественном внедрении новой системы автоматического проектирования.

На втором этапе были куплены лицензии EPLAN Electric P8 для ключевых пользователей. При этом часть сотрудников Группы работали в новой системе, а другие продолжали выполнять текущие задачи, используя предыдущее ПО. Таким образом, был достигнут непрерывный процесс производства. На третьем этапе докупили лицензии на новую САПР для перехода на нее остальных сотрудников Группы. После инсталляции и восстановительного курса по использованию продукта инженеры-проектировщики приступили к выполнению рабочих проектов в новой системе. Для упрощения внедрения и снижения рисков в работе программы компании Энергия разума 2 | 11

15

технологии АББ

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

НКУ типа MNS iS Дмитрий Чайка Роман Подшибякин

Низковольтные системы АББ для энергоэффективного электроснабжения 16

Энергия разума 2 | 11

техно логии АББ НКУ MNS iS представляет собой эволюционное развитие традиционного НКУ MNS, выпускаемого концерном с 1975 года. Помимо ряда конструктивных новшеств, MNS iS включает в себя систему управления для контроля электроснабжения на уровне 0,4 кВ. Система управления осуществляет как самодиагностику НКУ, так и мониторинг всех потребителей, что позволяет, в отличие от традиционных методов обслуживания (замены оборудования при выходе из строя; планового обслуживания/замены оборудования с заданной периодичностью), реализовать упреждающий мониторинг с оценкой всех событий, предупреждений и аварий для прогнозирования обслуживания. Оцениваются причины и предлагаются методы решения, что позволяет увеличить срок службы НКУ и снизить затраты на обслуживание оборудования. Выдвижной модуль Для электроснабжения и защиты линий, в MNS iS используются выдвижные модули высотой от 150 мм, с возможностью установки до 4-х модулей в ряд. Засчет размещения всех вспомогательных и контрольных компонентов в отдельном отсеке НКУ, выдвижные модули малогабаритны и надежны в эксплуатации. Выдвижной модуль управляет отходящей линией с помощью контактора, и защищает ее с помощью автоматического выключателя. Доступны следующие типы выдвижных модулей: Прямой пуск двигателя, Реверсивный пуск, Пуск «звезда/треугольник», Фидер , Фидер с контактором, Частотный преобразователь. Концерн АББ впервые интегрировал частотный преобразователь в выдвижной модуль, тем самым обеспечив его быструю замену при выходе из строя, и энергоэффективное электроснабжение потребителя за счет частотного регулирования. Измерение параметров отходящей линии выполняет расположенный в модуле датчик - на каждой из фаз измеряются ток, напряжение, мощность, частота, энергия и температура. Благодаря широкому набору получаемых параметров, есть возможность своевременно выявить и исправить аварийное оборудование. Блок управления Помимо выдвижного модуля, каждая линия оснащается специальным блоком для контроля параметров и осуществления ее дополнительной защиты.

Блок управления обрабатывает информацию с датчика, при необходимости активируя дополнительную защиту (отключая контактор в модуле). Если параметры вернулись в нормальное состояние, блок может выполнить самозапуск линии. Взаимодействие блока управления с другим контрольным оборудованием возможно за счет встроенных дискретных и аналоговых входов/выходов. Интерфейс Оперативный контроль и управление линиями осуществляется с помощью размещенной на НКУ сенсорной операторской панели. Информация на панель выводится в реальном времени с использованием русскоязычного webинтерфейса, что позволяет персоналу максимально быстро и точно оценить состояние нужной линии. Защита панели от несанкционированного доступа обеспечивается с помощью паролей. Одновременно с панелью, состояние линии можно определить по светодиодам, расположенным на выдвижном модуле. Светодиоды можно индивидуально настроить на вывод определеных состояний или аварий уже в процессе эксплуатации. Интеграция с АСУ ТП Благодаря интегрированной системе управления, MNS iS легко объединяется с системами управления производством (АСУ ТП). Для передачи данных в АСУ ТП может использоваться один, или одновременно несколько из следующих стандартных протоколов: Profibus DP, ProfiNet I/O, Modbus RTU, Modbus TCP и ОРС. Опыт применения С момента выпуска на рынок НКУ MNS iS установлен более чем на 200 площадках в различных странах мира, включая проекты, реализованные в России. Области применения НКУ совершенно различны: от небольших пищевых производств до глобальных проектов в нефтегазовой и химических отраслях. Применение НКУ на территории России сертифицировано в соответствии с действующими стандартами ГОСТ Р, Ростехнадзор, аттестации на сейсмостойкость.

применения устройств, улучшающих качество электроэнергии, на различных объектах нефтегазовой отрасли, как добыче, так и переработке. Использование быстродействующих фильтрокомпенсирующих устройств Dynacomp в системах электроснабжения наземных буровых установок и морских нефтедобывающих платформ позволяет существенно снизить энергопотребление, потери в системе электроснабжения и увеличить межремонтный цикл механического оборудования. Применение активных фильтров высших гармоник серии PQF разгружает систему электроснабжения за счет компенсации высших гармоник напряжения и тока до 50-го порядка и позволяет устранить небаланс фаз, как в трехфазных трехпроводных, так и в четырехпроводных сетях. Благодаря этому повышается надежность системы электроснабжения, устраняются ложные срабатывания защитной аппаратуры, вызванные наличием высших гармоник, и снижаются потери во всех токоведущих частях системы электроснабжения. Динамические компенсаторы искажения напряжения серии AVC эффективно применяются в нефтегазовой отрасли для устранения просадок напряжения, вызванных однофазными к.з. на землю или межфазными к.з. во внешних сетях электроснабжения. Устранение колебаний напряжения предотвращает отключение технологического оборудования и связанные с этим финансовые потери, обусловленные недовыпуском продукции. ООО «АББ» Отдел низковольтных систем тел: +7 495 960-22-00 http://www.abb.ru/ibs mns@ru.abb.com

Эффективность улучшения качества электроэнергии на объектах нефтегазовой отрасли в современном мире определяется высокой стоимостью потерь. Так финансовые потери, вызванные проблемами с качеством электроэнергии (наличие высших гармоник, кратковременные просадки напряжения, перебои в электроснабжения и др.) в течение 5 секунд, могут достигать 7 – 8 млн. евро. Концерн АББ обладает богатым опытом

Энергия разума 2 | 11

17

интересные проекты

Проект «Пенза-1»

18

Энергия разума 2 | 11

интересные проекты

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

В

2009 году филиал ОАО «ФСК ЕЭС» – Магистральные электрические сети (МЭС) Волги – приступил к комплексной реконструкции подстанции 220 кВ Пенза-1 (Пензенская область). В результате технического перевооружения мощность энергообъекта увеличилась с 375 до 400 МВА. Соответственно повысится надежность электроснабжения потребителей города Пензы с населением более 500 тысяч человек, появится возможность для присоединения к электрическим сетям новых потребителей области.

В соответствии с проектом реконструкции рядом с действующей подстанцией был построен новый энергообъект. Это позволило не ограничивать электроснабжение потребителей, так как подстанция 220 кВ Пенза-1 - основной объект, снабжающий город электричеством. На территории новой подстанции построено открытое распределительное устройство (ОРУ) 220 кВ, ОРУ 110 кВ и закрытое распределительное устройство (ЗРУ) 35 кВ, установлено два автотрансформатора мощностью по 200 МВА. Подстанция оснащена автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП) и коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), а также микропроцессорными устройствами релейной защиты. На подстанции установлено современное оборудование, отвечающее общемировым стандартам. Серьезный вклад в реконструкцию подстанции Пенза-1 обеспечили предприятия концерна АББ: • на ОРУ-220 кВ установлены выключатели 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 решений по АСУ ТП, еще на этапе подготовки предложений, были проработаны несколько вариантов архитектуры ПТК с использованием различного оборудования концерна, отвечающие всем действующим требованиям ОАО «ФСК». В качестве микропроцессорных защит будут применяться терминалы производства НПП «Экра». Следует отметить, что впервые в практике ООО «АББ Силовые и Автоматизированные системы» АСУ ТП подстанции не базировалась на МП РЗА производства концерна АББ. В процессе защиты выработанных технических решений на совещании в ОАО «ФСК» была окончательна утверждена архитектура ПТК с использованием устройств RTU 560 в качестве контроллеров присединений. При выполнении проекта АСУ ТП ПС Пенза-1 Центр Инжиниринга ООО «АББ Силовые и Автоматизированные системы» разработал и испытал ряд других новых технических ре­шений: • обмен информации в АСУ ТП для устройств RTU 560 вы­полнен с использованием станционной шины МЭК 61850, в том числе с применением «GOOSE» сообщений; • мониторинг автотрансформаторов объекта реализован в среде и средствами MicroSCADA Pro с использованием информации от технологических датчиков трансформаторного оборудования. В ходе проектирования и разработки АСУ ТП также были решены следующие задачи: • информационная интеграция МП устройств РЗА (80 шт) про­изводства НПП «ЭКРА» в MicroSCADA Pro выполнена с использованием протоко­ ла МЭК 60870-5-103; • разработка и испытание шины импульсной синхронизации времени МП устройств РЗА производства НПП «ЭКРА». В ходе выполнения пуско-наладочных работ было сформировано предложение по интеграции в MicroSCADA Pro устройств «ОПТИМАЙЗЕР» для мониторинга элегазовых вы­ключателей 220 кВ производства АББ. Эти работы запланированы на ближайшее время. Таким образом, разработка и испытания 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, осо­бенно в тех случаях, когда поставщиком МП РЗА является другой производитель.

Энергия разума 2 | 11

19

исторические события

Прыжок Виктор Бородин Дмитрий Бородин

«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». М. О. Доливо-Добровольский

В

се началось с того, что город Франкфурт стал испытывать трудности связанные с недостатком электроэнергии. Обербургомистр 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 мнению. В итоге в начале 1890 года было принято решение организовать международную электротехническую выставку во Франкфурте, на которой все желающие продемонстрировали бы свои технические решения. Организовали также специальную международную испытательную комиссию, которая должна была определить лучшую систему электроснабжения. Одним из организаторов выставки стал Оскар фон Миллер, горячий сторонник трехфазного тока. В то время он занимался проектом в селенье Лауфен в 170 километрах от Франкфурта. Рядом с селеньем протекала река Неккар. На ней была сооружена плотина, обслуживающая нужды местного цементного завода. У руководства завода возникла идея: поставить динамо-машину и часть энергии реки продавать соседнему маленькому городку Гейльброн, который находился всего в десяти километрах. Миллер меняет планы и предлагает

20

Энергия разума 2 | 11

двум крупным электротехническим предприятиям - AEG и Эрликон, передать с помощью трехфазного тока электроэнергию реки Неккар уже не на десять, а на 170 километров до Франкфурта. Для того времени это было невиданное по протяженности расстояние для электропередачи. Миллер хорошо знал эти дружественные фирмы и внимательно следил за работами в области высоковольтной электропередачи и трехфазных токов ведущих специалистов этих компаний - Доливо-Добровольского и Брауна. Вот как Доливо-Добровольский, описывает тот момент, когда Миллер сообщил руководству AEG и Эрликон о задуманном проекте: «Браун и я тотчас же чрезвычайно заинтересовались этим вопросом и постарались вызвать у дирекции наших фирм доверие к предпринимаемому опыту. При предварительном обсуждении я заявил, что напряжение в 10 000 В может быть передано с абсолютной легкостью и что после некоторого предварительного изучения вопроса можно будет дойти, вероятно, до 15000 В. Браун высказался за еще более высокие напряжения, примерно 25 000—30 000 В». Чарльз Браун, правда, считал, что линия высокого напряжения должна быть однофазной. По его мнению, три фазы лишь усложняли и без того невероятно трудную задачу. Этот

Эмиль Ратенау 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 эксперимент. 4 июля 1890 г. было направ-

исторические события

Генератор трехфазного тока Чарльза Брауна

лено официальное письмо руководству выставки о готовности участия в электропередаче на 170 километров. Воспользовавшись этим обстоятельством, Миллер тотчас же публикует об этом событии сообщение в прессе, отрезав тем самым все пути к отступлению. Потянулись месяцы переговоров между участниками выставочного комитета и участниками проекта. Эмиль Ротенау боялся роковой ошибки. Ответственность 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 смелое решение, другие отнеслись к нему как к громкой, но бесполезной рекламе. Рассчитывали возможный КПД. Некоторые полагали, что он будет 12,5%. Самые оптимистичные прогнозы не превышали 50%. Даже сам Марсель Депре, признанный авторитет в области электропередачи на большие расстояния, сомневался в экономической целесообразности этого проекта. Большой вклад в этот проект внес Губер. Общественное мнение было таково, что даже инициатор этого проекта Миллер колебался. Спустя годы он напишет Губеру: «Я никогда не забуду, сколь дальновидной и самоотверженной была Ваша

поддержка электропередачи во Франкфурте как раз в тот момент, когда запланированное мероприятие казалось почти потерянным».

Миллер меняет планы и предлагает двум крупным электротехническим предприятиям - AEG и Эрликон, передать с помощью трехфазного тока электроэнергию реки Неккар уже не на десять, а на 170 километров до Франкфурта. Но риски были очень велики. Эрликон обязался провести в кратчайшие сроки серию предварительных опытов. Чарльз Браун срочно изготовил два однофазных масляных трансформатора: один для повышения, второй для понижения напряжения. Он как паутиной опутал параллельными рядами проводов двор завода Эрликон. Таким образом, имитировалась линия передачи в несколько километров. На завод был тайно откомандирован Доливо-Добровольский. Он провел вместе с Брауном «негласные» опыты. Проверяли надежность Энергия разума 2 | 11

21

исторические события

Петр Эмиль Губер

в водопад уже во Франкфурте. Эта идея повторяла эксперимент электропередачи от Мисбаха до Мюнхена 1882 года, в котором принимали участие Марсель Депре и Оскар фон Миллер. Но масштабы этих двух электропередач были несопоставимы. Работа распределялась следующим образом. Доливо-Добровольский изготавливал четыре трехфазных трансформатора 100-150 кВА по два на каждую сторону электропередачи и асинхронный двигатель мощностью 75 кВт. AEG поставляла распределительные щиты с необходимой аппаратурой. Браун устанавливал в Лауфене синхронный генератор трехфазного тока и монтировал еще дополнительно по одному трансформатору на каждом конце линии. Линию электропередачи строило городское почтовое ведомство, которую спроектировал инженер Фридрих Эберт.

22

Энергия разума 2 | 11

Это была авантюра – «прыжок» без гарантии удачного приземления. И, тем не менее, работа закипела. Все делалось в спешке – часто элементы технических устройств рисовались от руки и тотчас отдавались в производство. Времени на разработку документации просто не было.

высоковольтной системы, определяли расстояния между проводами, при которых происходил разряд, отрабатывали защиту. Имитировали также погодные условия, в частности дождь, поливая всю систему из брандсбойда. В итоге опыты с напряжением 2500030000 В удались блестяще. Они были продемонстрированы выставочной комиссии на заводе Эрликон. ДоливоДобровольский показал действующий макет трехфазной электропередачи с асинхронным двигателем в 0,75 кВт. Наконец проект был окончательно утвержден 25 марта 1891 года. На гидростанции реки Неккар турбина должна была вращать через коническую передачу вал трехфазного генератора (230 кВА, 150 об/мин, 95В, 40 Гц). Далее медные шины от генератора подходили к распределительному щиту с амперметрами и вольтметрами, предохранителями и другой аппаратурой. Затем следовала комбинация из трех повышающих масляных трансформаторов с призматической формой магнитопровода. Трансформаторы можно было соединять друг с другом, изменяя этим величину напряжения. Далее шла 170-километровая высоковольтная трехфазная линия электропередачи. Во Франкфурте на выставочной площади установили три понижающих трансформатора, от которых питались 1000 электроламп напряжением 65 В каждая, смонтированных на огромном щите, и асинхронный электродвигатель (75 кВт, 600 об/мин). Электродвигатель приводил в действие гидравлический насос, качающий воду для искусственного водопада высотой около десяти метров. Энергия водопада реки Неккар в Лауфене чудесным образом передавалась по проводам за 170 км и превращалась

чайно краткого срока. Двигатель нужно было просто построить, и он должен был работать и даже выдерживать критику всего электротехнического мира и экспертной комиссии. Если я не хотел навлечь на мой трехфазный ток несмываемого позора и подвергнуть его недоверию, 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».

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

Интересен описанный ДоливоДобровольским эпизод одного из его частых посещений завода Эрликон. Чарльз Браун показал ему проект только что сконструированного им трехфазного 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 изменении нагрузки. Но переделывать было некогда. И эти недостатки учли в электропередаче. Падение напряжения не позволяло запустить 75 кВт асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обладающим очень простой и надежной конструкцией. Пришлось Доливо–Добровольскому пожертвовать своим детищем ради главной идеи трехфазной электропередачи. Он спроектировал свой двигатель, но уже с фазным ротором. А это означало опять наличие щеток, контактных колец и пускового реостата. Явные достоинства асинхронного двигателя перед основным конкурентом - машиной постоянного тока стирались (как известно, в машинах постоянного тока наиболее слабым звеном является как раз наличие щеток).

исторические события

Плотина электростанции на реке Неккар

Все это не могло не отразиться в дальнейшем на продвижении трехфазного двигателя. В качестве изолирующих материалов для высоковольтных трансформаторов применялись бумага, войлок и фланель, предварительно прокипяченные в масле. Трансформаторы заполняли специальным 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 нескольких дней при температуре свыше 100° чтобы устранить последние следы влажности. Ни один из трансформаторов 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 фарфоромаслянных изоляторах. Опоры линии были деревянными с пролетом около 60 м. Интересной деталью линии стала установка плавких предохранителей со стороны высокого напряжения. В начале линии электропередачи в разрыв каждого провода был включен значительно более тонкий провод. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое за-

мыкание. Плавкие вставки перегорали, турбина, начинала разгоняться, и машинист, заметив это, останавливал ее. В разгар работ Чарльз Браун объявил о своем скором уходе из фирмы Эрликон, намереваясь основать со своим коллегой Вальтером Бовери собственное предприятие. Это сильно осложнило работу Доливо-Добровольского. Его ноша стала еще тяжелей.

16 мая 1891 года Франкфуртская Международная электротехническая выставка открылась. И тот факт, что выставка уже работала несколько месяцев, а грандиозная трехфазная электропередача все еще бездействовала, постоянно был поводом для утверждений о безуспешности нового эксперимента и его неизбежном провале. Перед самым пуском электропередачи возникла неожиданная проблема. На каждом из примерно трех тысяч деревянных столбов линии был изображен череп. Люди боялись высокого напряжения и обрывов проводов. Выставочный комитет убеждал население и местных чиновников в том, что линия электропередачи надежно защищена. 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 правительства. К счастью все закончилось бочонком вина для примирения. Чтобы окончательно убедить всех, ДоливоДобровольскому, пришлось совершить героический поступок. На границе двух земель, по которым проходила линия, собрались представители власти и журналисты. Включили линию под напряжение и специальным приспособлением оборвали провод, который со вспышкой упал на рельсы железной дороги. Доливо–Добровольский быстро подошел и поднял провод незащищенной рукой. Он был абсолютно уверен, что сконструированная им защита надежна. Наконец, все было смонтировано и многократно проверено. Объявлено, что 25 августа 1891 года включатся 1000 электроламп на выставке во Франкфурте, 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 ДоливоДобровольский скомандовал подать напряжение в линию. Скоро станет ясно, удался ли «прыжок».

Энергия разума 2 | 11

23

Техника вдохновляет. Новое поколение разработчиков промышленных линий ищут вдохновение в приводах АББ и находят простой способ интеграции 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.