Потребители электроэнергии в нефтегазовой и горнодобывающей промышленности

Н. В. Ладенко, С. К. Давыдов 
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ  
В НЕФТЕГАЗОВОЙ И ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ  
ПРОМЫШЛЕННОСТИ 
Учебное пособие  
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

 
УДК 621.3 
ББК 31.28 
Л15 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
Б. Х. Гайтов, д-р. техн. наук, профессор кафедры  
ЭиЭМ ФГБОУ ВО КубГТУ; 
Я. М. Кашин, канд. техн. наук, профессор, зав. кафедрой  
ЭиЭМ ФГБОУ ВО КубГТУ 
 
 
 
 
 
Ладенко, Н. В. 
Л15  
Потребители электроэнергии в нефтегазовой и горнодобывающей 
промышленности : учебное пособие / Н. В. Ладенко, С. К. Давыдов – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 316 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0654-3 
 
Рассмотрены характеристики электрооборудования нефтегазового комплекса и горной промышленности. Приведены справочные данные и примеры 
расчетов основных элементов электрооборудования.  
Для 
студентов 
электротехнических 
специальностей 
и 
инженернотехнических работников, занимающихся вопросами проектирования и модернизации предприятий. 
 
УДК 621.3 
ББК 31.28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0654-3 
© Н. В. Ладенко, С. К. Давыдов, 2021 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2 


 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
 
Вторичные источники питания, ВИП – это преобразователи электрической 
мощности, тока, напряжения, частоты, формы тока и напряжения к необходимым для потребителя параметрам. 
Выпрями
ғ тель (электрического тока) – преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток), в частном случае – в постоянный выходной электрический ток. 
Силовая электроника – область электроники, связанная с преобразованием, 
переключением (включением и отключением) без управления или управления 
электрической энергией. 
Мотор-генератор (нем. Umformer, двигатель-генератор) – электрическая машина для преобразования электрической энергии из одной её формы в другую, 
либо же, в некоторых случаях, функционирующая как проводник электрической энергии, не производящий в конечном итоге данного преобразования.  
Электроснабжение – служит для обеспечения электроэнергией всех отраслей 
хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. 
Электроэнергия – физический термин, широко распространенный в технике  
и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. 
Электрическая машина – электромеханический преобразователь физической 
энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, 
действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. 
3 


Электрический двигатель – электрическая машина (электромеханический 
преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. 
Электрический привод (сокращённо – электропривод, ЭП) – управляемая 
электромеханическая система, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую и обратно и управления этим процессом. 
Топология – это раздел математики, где императивно признают не значимым 
положение предметов. В электронике топология – это сборочный чертёж,  
т. е. чётко описанное положение деталей (вплоть до долей миллиметра), которое нельзя нарушать. 
Асинхронная машина – электрическая машина переменного тока, в которой 
частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля  
в воздушном зазоре на частоту скольжения. 
Потребитель электрической энергии (англ. Consumer) – электроприемник 
или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом  
и размещающихся на определенной территории (по ПУЭ). 
Система электроснабжения – совокупность источников и систем преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения не включает в себя потребителей (или приёмников электроэнергии). 
Синхронная машина – электрическая машина переменного тока, в которой 
частоты вращения ротора и магнитного поля в зазоре равны. 
Машина двойного питания – электрическая машина переменного тока, в которой ротор и статор в общем случае имеют разные частоты питающего тока.  
В результате ротор вращается с частотой, равной сумме (разности) питающих 
частот. 
Машина постоянного тока – электрическая машина, питаемая постоянным 
током и имеющая коллектор. 
4 


Универсальный коллекторный двигатель – электрическая машина, питаемая 
постоянным или переменным током и имеющая коллектор. 
Вентильный двигатель – электрическая машина постоянного тока, в которой 
механический коллектор заменён полупроводниковым коммутатором (ПК), 
возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, размещенных на роторе; 
а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК по сигналам логического 
устройства поочерёдно, в определённой последовательности, попарно подключает фазы электродвигателя к источнику постоянного тока, создавая вращающееся поле статора, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора, создаёт вращающий момент электродвигателя. 
Умформер на базе электрической машины (см. также Инвертор) – как правило, 
пара электрических машин, соединённых валами, выполняющих преобразование рода тока (постоянный в переменный или наоборот), частоты тока, числа 
фаз, напряжений. 
Сельсин – электрическая машина для дистанционной передачи информации об 
угле поворота. 
Трансформатор – электрический аппарат переменного тока (электрический 
преобразователь), преобразующий электрический ток напряжения одного номинала в электрический ток напряжения другого номинала. Существуют статические и поворотные трансформаторы. 
Основная задача трансформаторов – изменение значения переменного 
напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических 
устройств. 
Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. 
Преобразователи с естественной коммутацией, могут быть управляемыми и 
неуправляемыми. Наиболее распространенными управляемыми вентилями 
являются тиристоры, а неуправляемыми – полупроводниковые диоды. 
5 


Число пульсаций – это отношение частоты низшей гармоники напряжения  
в пульсирующем напряжении на стороне постоянного тока преобразователя к 
частоте напряжения на стороне переменного тока. 
Двухполупериодный выпрямитель можно рассматривать как два однотактных однополупериодных выпрямителя, работающих поочередно на общую 
нагрузку. 
Основным свойством двухполупериодных выпрямителей является протекание электрического тока через нагрузку за оба полупериода в одном и том же 
направлении. 
Режим напряжения в часы наибольшей нагрузки определяется отклонением 
напряжения в центре питания Уцп и выбором ответвлений РТ. 
Трехфазные нулевые инверторы, содержащие устройство для возврата реактивной мощности источнику постоянного питающего напряжения в трехфазных преобразователях, не обеспечивают достаточно высокого КПД.  
Дроссель в электротехнике – катушка индуктивности, обладающая высоким 
сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному 
Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, который используется в качестве электронного ключа. 
Фильтр в электронике – устройство для выделения желательных фонов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 


 
СОДЕРЖАНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
.................................................................................................. 10 
ВВЕДЕНИЕ 
........................................................................................................... 11 
1. ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ  
В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ......................................... 12 
1.1. Классификация ........................................................................................... 12 
1.2. Электропривод буровых насосов ............................................................. 13 
1.3. Электропривод ротора ............................................................................... 26 
1.4. Электропривод спускоподъемного агрегата в режиме подъема 
........... 30 
1.5. Электромагнитные муфты и тормоза 
....................................................... 35 
1.6. Электропривод спускоподъемного агрегата в режиме спуска 
.............. 37 
1.7. Управление электрооборудованием вспомогательных механизмов  
буровых установок .................................................................................... 39 
1.8. Электротехнические комплексы установок насосных скважин ........... 42 
1.9. Расчет и выбор электродвигателей для станков-качалок  
и погружных насосов 
................................................................................. 44 
1.9.1. Электродвигатели для станков-качалок ....................................... 44 
1.9.2. Электродвигатели погружных центробежных насосов .............. 48 
1.10. Системы управления электроприводами станков-качалок 
.................. 49 
1.11. Погружные электродвигатели 
................................................................. 53 
1.12. Электропривод компрессорных станций  
.............................................. 56 
2. ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ  
В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 
................................. 62 
2.1. Комплектные распределительные устройства ...................................... 62 
2.1.1. Общие сведения  ............................................................................. 62 
2.1.2. Распределительное устройство РВД-6 
.......................................... 63 
2.2. Комплектные передвижные трансформаторные подстанции ............. 75 
2.2.1. Общие сведения и основные технические данные  
..................... 75 
2.2.2. Устройство и назначение составных частей КТП ....................... 76 
2.2.3. Электрические схемы ..................................................................... 80 
7 


2.2.4. Блокировочные устройства ............................................................ 91 
2.2.5. Режим включения 
............................................................................ 96 
2.2.6. Режим короткого замыкания.......................................................... 96 
2.2.7. Режим нагрузки ............................................................................... 97 
2.2.8. Параллельная работа 
....................................................................... 99 
2.2.9. Режим напряжения 
........................................................................ 101 
2.2.10. Подготовка КТП к эксплуатации .............................................. 102 
2.2.11. Неисправности КТП и их устранение 
....................................... 112 
2.3. Автоматические выключатели 
................................................................ 119 
2.3.1. Основные технические данные 
.................................................... 119 
2.3.2. Устройство и работа автоматических выключателей ............... 122 
2.3.3. Подготовка к эксплуатации и техническое обслуживание  
автоматических выключателей 
.............................................................. 131 
2.4. Пускатели магнитные .............................................................................. 140 
2.4.1. Основные технические данные 
.................................................... 140 
2.4.2. Устройство и работа пускателей ................................................. 147 
2.4.3. Подготовка к эксплуатации и техническое обслуживание  
пускателей 
...................................................................................... 174 
2.5. Станции управления ................................................................................ 185 
2.5.1. Основные технические данные 
.................................................... 185 
2.5.2. Устройство и работа станций управлени  .................................. 191 
2.5.3. Подготовка к эксплуатации и техническое обслуживание  
станций 
........................................................................................... 215 
2.6. Аппаратура управления, предупредительной  
сигнализации и связи 
............................................................................... 219 
2.6.1. Общие сведения  ........................................................................... 219 
2.6.2. Основные технические данные 
.................................................... 220 
2.6.3. Устройство и электрические схемы аппаратуры  
управления, сигнализации и связи .............................................. 223 
2.6.4. Подготовка к эксплуатации и техническое обслуживание  
аппаратуры управления, сигнализации и связи 
......................... 257 
2.7. Электроснабжение очистных и подготовительных участков  
угольных шахт 
.......................................................................................... 266 
2.7.1. Общие сведения ............................................................................ 266 
8 


2.7.2. Схемы электроснабжения ............................................................ 266 
2.7.3. Расчет электрической сети и выбор элементов системы  
электроснабжения участка ........................................................... 269 
2.7.3.1. Определение электрических нагрузок и выбор  
мощности участковой трансформаторной  
подстанции (КТП)  
........................................................... 270 
2.7.3.2. Расчет и выбор кабельной сети ВН 
................................ 273 
2.7.3.3. Выбор коммутационного аппарата ВН  
и установок максимальной токовой защиты 
................. 279 
2.7.3.4. Расчет и выбор кабельной сети НН ............................... 281 
2.7.3.5. Выбор электрической аппаратуры НН  
и установок защиты от токов короткого  
замыкания (КЗ) 
................................................................. 397 
2.7.3.6. Расчет освещения и осветительной сети ....................... 306 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................. 309 
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................................... 310 
 
 
 
9 


 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Настоящее учебное пособие рассчитано, прежде всего, для студентов 
высших и средних учебных заведений, занимающихся курсовым и дипломным 
проектированием, и может быть полезно инженерно-техническому персоналу, 
специализирующемуся в области электрооборудования и электроснабжения не 
только промышленных предприятий, но и нефтегазового комплекса. 
В работе использовались материалы, читаемые в лекциях по курсам «Потребители электрической энергии», «Электрооборудование промышленных 
предприятий», «Электрооборудование горной промышленности» и «Внутризаводское электроснабжение и режимы нефтегазового комплекса»; научные работы доктора технических наук С. И. Гамазина и доктора технических наук, профессора Б. А. Коробейникова; работы доктора технических наук, профессора 
Гайтова Б. Х., а также издания наиболее известных авторов в этой области, на 
которые сделаны соответствующие ссылки. 
Естественно, что в данном издании невозможно было отразить все новейшие разработки и решения по представленной тематике, авторы будут признательны за критические замечания и предложения по совершенствованию содержания издания. 
 
 
10