Электрооборудование и электроснабжение : проектирование электропривода прокатных агрегатов
Покупка
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2002
Кол-во страниц: 47
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 754035.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Приведены основные сведения об источниках и системах электроснабжения заводов и цехов, принципах оценки состояния электрооборудования цеха, методике расчета и выбора электроприемников, определения загрузки электродвигателей и выбора мощности трансформаторов, а также краткие сведения о системах управления электроприводом и мероприятиях по экономии электроэнергии. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 051300 «Металлургия» (специальность 1106 «Обработка металлов давлением») и 051600 «Технологические машины и оборудование» (специальность 1703 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны для студентов других направлений и специальностей.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники В.Е. Фединцев, Ф.И. Маняхин ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ Проектирование электропривода прокатных агрегатов Методические указания к дипломному проектированию для студентов специальностей 110600, 170300 МОСКВА 2002 № 1443
УДК 621.3 Ф 32 Ф 32 Фединцев В.Е., Маняхин Ф.И. Электрооборудование и электроснабжение: Проектирование электропривода прокатных агрегатов: Метод. указания к дипломному проектированию. М.: МИСиС, 2002. – 47 с. Приведены основные сведения об источниках и системах электроснабжения заводов и цехов; принципах оценки состояния электрооборудования цеха; методике расчета и выбора электроприемников, определения загрузки электродвигателей и выбора мощности трансформаторов; а также краткие сведения о системах управления электроприводом и мероприятиях по экономии электроэнергии. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 051300 «Металлургия» (специальность 1106 «Обработка металлов давлением») и 051600 «Технологические машины и оборудование» (специальность 1703 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны для студентов других направлений и специальностей. Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС) 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение .................................................................................................... 5 1. Общие вопросы электроснабжения металлургического завода и цеха ....................................................................................................... 7 2. Краткая характеристика электрооборудования цеха ...................... 10 3. Расчет мощности и обоснование выбора типа электроприемника ............................................................................. 13 3.1. Выбор электродвигателей ........................................................... 13 3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока ............................. 13 3.1.2. Выбор электродвигателей по мощности ............................ 14 3.1.3. Выбор электродвигателей по частоте вращения ............... 15 3.1.4. Выбор электродвигателей по степени защиты и конструктивному исполнению ............................................ 16 3.1.5. Выбор типа электродвигателей ........................................... 20 3.2. Выбор индукционных нагревательных установок ................... 22 3.3. Основы расчета и выбора электрических печей сопротивления ............................................................................. 24 3.4. Установки электроконтактного нагрева .................................... 24 4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, присоединенной, фактической и установленной мощности производственного агрегата ............................................................. 26 5. Функциональная схема автоматизированного электропривода производственного агрегата ............................................................. 29 5.1. Аппаратура для защиты электродвигателей ............................. 29 5.2. Системы управления двигателями постоянного тока .............. 32 5.3. Системы управления асинхронными двигателями .................. 34 6. Расчет электрических нагрузок цеха. Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций ....................................................... 36 7. Мероприятия по экономии электроэнергии ..................................... 39 8. Пример выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта по реконструкции проволочного прокатного стана «150» ............................................ 40 8.1. Электроснабжение завода и цеха ............................................... 40 8.2. Краткая характеристика электрооборудования цеха ............... 41 8.3. Расчет мощности и выбор типа двигателя блока клетей ......... 42
8.4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, присоединенной, фактической и установленной мощности стана «150» .................................................................................. 44 8.5. Функциональная схема автоматизированного электропривода ........................................................................... 45 8.6. Мероприятия по экономии электроэнергии .............................. 47 9. Библиографический список ............................................................... 48
ВВЕДЕНИЕ Современные металлургические цехи содержат большое количество электрооборудования. Так, например, непрерывные широкополосные станы содержат более 2000 электродвигателей, мощностью от сотен ватт до 12600 кВт. Поэтому рациональное проектирование и реконструкция таких цехов требуют комплексной проработки механического и электротехнического оборудования. Выбор электродвигателей, схем управления, блокировок, сигнализации и схемы распределения электроэнергии являются основными вопросами, рассматриваемыми при проектировании электропривода. При проектировании электрооборудования необходимо учитывать новейшие достижения науки и техники в области электропривода металлургических предприятий. Основной задачей проектирования является выбор таких технических решений, которые бы отвечали требованиям, изложенным в действующих «Правилах устройств электроустановок», правилах пожарной безопасности, указаниям по проектированию силового оборудования, автоматики и отличались бы наилучшими техникоэкономическими показателями. Для выполнения электротехнической части дипломного проекта уже в период прохождения преддипломной практики студент должен собрать необходимые сведения о режимах работы производственных механизмов, технических характеристиках токоприемников, о категориях предприятий по надежности электроснабжения и подготовить ответы на другие вопросы, связанные с электрооборудованием, электроснабжением, силовым оборудованием и освещением. В данных методических указаниях освещены вопросы, которые должны быть рассмотрены в разделе «Электрооборудование и электроснабжение», а также комментарии к ним. Однако эти вопросы могут быть изменены в зависимости от темы дипломного проекта. Далее приводится краткий перечень вопросов, подлежащих разработке в разделе «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта. 1. Электроснабжение завода и цеха (источники электроэнергии, напряжение, количество и тип трансформаторных подстанций завода и цеха, род тока и величина напряжений, принятых в цехе,
коэффициент мощности по цеху). Категории потребителей электроэнергии цеха по надежности электроснабжения. 2. Техническая характеристика электрооборудования цеха. Краткое описание состояния электрооборудования и его соответствие современному уровню развития техники. Обоснование замены устаревшего оборудования или выбора электроприемников для проектируемых установок. 3. Расчет мощности и выбор типа электроприемника (электродвигателей, индукторов, печей сопротивления и др.) для проектируемого производственного механизма или проверка по мощности действующего оборудования при разработке нового технологического режима. 4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, присоединенной и установленной мощности основного производственного агрегата (прокатных, трубных и волочильных станов и др.) с обоснованием отклонения их значений от нормативных параметров. 5. Функциональная схема автоматизированного электропривода или системы автоматизации производственного агрегата, реконструкция или модернизация которого производится в дипломном проекте. Краткое описание схемы. 6. Расчет электрических нагрузок цеха. Компенсация коэффициента мощности. Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций. Определение мощности на шинах высокого напряжения. 7. Мероприятия по экономии электроэнергии. Эти вопросы подробно рассматриваются в последующих разделах, где приводятся методики и примеры расчетов в соответствии с конкретными темами дипломных проектов.
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА И ЦЕХА Современный металлургический завод – это мощный потребитель электроэнергии, суммарная установленная мощность которого достигает 1200 МВт. Завод получает электроэнергию из сети районных энергосистем напряжением 110, 220 или 330 кВ. Источниками электроэнергии являются тепловые, атомные электростанции и гидроэлектростанции. На заводах с полным металлургическим циклом используется вспомогательный источник электроэнергии – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), назначение которой заключается в выработке пара и резервировании электропитания наиболее ответственных потребителей. При отсутствии ТЭЦ в качестве резервного источника используются дизельные электростанции. Передача электроэнергии от источника к потребителю осуществляется через систему электроснабжения. Заводская система электроснабжения начинается, как правило, с главной понизительной подстанции (ГПП), на которой высокое напряжение районной энергосистемы понижается до напряжения 10 или 6 кВ внутренней распределительной сети. Для распределения электроэнергии по цехам и службам завода используются радиальные, магистральные линии и глубокий ввод высокого напряжения. Выбор типа линии производится в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других электроприемников по отношению к питающему пункту. К крупным потребителям, к которым относятся и некоторые прокатные цеха, электроэнергия напряжением 110 или 220 кВ подводится по радиальным линиям. В этом случае ГПП устанавливается непосредственно на территории цеха. Для питания низковольтных потребителей применяются комплектные трансформаторные подстанции (КТП) напряжением 10(6)/0,4/0,23 кВ, в стандартный ряд мощностей которых входят следующие значения: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. Системы электроснабжения должны обеспечивать потребителей надежным и бесперебойным питанием электроэнергией надлежащего качества. В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) все потребители (приемники) по надежности электроснабжения подразделяются на три категории.
К 1-й категории относятся приемники, для которых перерыв в электроснабжении связан с опасностью для жизни людей, значительным материальным ущербом, браком продукции, порчей оборудования или длительным расстройством технологического процесса. Потребителей 1-й категории на металлургических заводах около 25 %. Перерыв в подаче электроэнергии таким потребителям допускается не более 1,5 с. Системы электроснабжения потребителей 1-й категории обязательно резервируются. К потребителям этой категории относятся доменные и электросталеплавильные цеха, воздуходувки, насосы водоснабжения, непрерывные широкополосные станы, нагревательные методические печи и др. К потребителям 2-й категории относятся электроприемники, для которых перерыв в электроснабжении связан с существенным снижением выпуска продукции, простоем большого числа людей и механизмов. Основная масса потребителей на заводах относится ко 2-й категории (около 70 %). К этой категории относятся прокатные, трубные и другие цеха основного производства. Допускается резервирование систем электроснабжения, отключение электроэнергии на время ручного ввода резерва. К 3-й категории относятся все цеха несерийного производства, желдорцех, депо, склады, вспомогательные объекты, не относящиеся к потребителям 1-й и 2-й категорий. Допустимый перерыв в подаче электроэнергии соответствует длительности ремонта системы электроснабжения. Основными потребителями электроэнергии в прокатных, трубных, кузнечно-прессовых и других цехах являются электродвигатели. Мощные синхронные и асинхронные двигатели выполняются с высоким номинальным напряжением 10 или 6 кВ и подключаются к шинам с соответствующим напряжением. Двигатели постоянного тока главных приводов прокатных и трубных станов питаются от электромашинных или тиристорных преобразователей. Синхронные (асинхронные) двигатели электромашинных преобразователей имеют высокое номинальное напряжение. В состав тиристорных преобразователей входят понижающие трансформаторы с первичным напряжением 10 или 6 кВ. В металлургических цехах имеется большое количество асинхронных двигателей средней и малой мощности. Такие двигатели выполняются на напряжение 380/220 В и подключаются к КТП напряжением 10(6)/0,4/0,23 кВ.
Большую мощность потребляют установки для электронагрева металла: индукционные печи, печи сопротивления и устройства электроконтактного нагрева.
2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЦЕХА Основными электроприемниками в металлургических цехах являются электродвигатели, индукционные печи, печи сопротивления и установки электроконтакторного нагрева. Наибольшее распространение в цехах ОМД нашли электродвигатели, так как являются основным средством механизации и автоматизации производства. Дипломник должен дать оценку состояния электрооборудования и его соответствие современному уровню развития. В этом разделе приводится техническая характеристика электрооборудования цеха (участка) (таблицы 2.1, 2.2). Номинальные параметры электрооборудования: Рн, Uн, Iн – номинальные мощность, напряжение и ток, соответственно; nн, nmax – номинальная и максимальная частота вращения двигателя, соответственно; λ = Imax/Iн = Mmax/Mн – перегрузочная способность двигателя; Imax, Mmax – максимальные ток и момент двигателя; ηн – номинальный КПД двигателя; mДст 2, mДд 2 – маховой момент производственного механизма и двигателя, соответственно; uред – передаточное число редуктора; а, b – ускорение и замедление привода, соответственно; ПВ – продолжительность включения, ПВ = (tр/tц) ∙ 100 %; tр, tп, tц – время работы, паузы и цикла, соответственно; tц = tр + tп; cosϕ – коэффициент мощности электроприемника. Таблица 2.1 Параметры главного электропривода прокатного стана Номер клети Тип двигателя Рн, кВт Uн, В Iн, А nн/nmax , об/мин λ ηн , % mДд 2 , тм2 mДст 2 , тм2 а, об/ мин/с b, об/ мин/с uред при nн при nmax
Таблица 2.2 Техническая характеристика электрооборудования вспомогательных механизмов Название механизма Тип двигателя Рн, кВт Uн, В Iн, А n, об/мин ηн, % cosϕ f, Гц ПВ, % В качестве примера оценки состояния электрооборудования рассмотрим привод широкополосного стана «2800». В состав стана входят две реверсивные клети: двухвалковая и четырехвалковая. В приводе обоих клетей используются двигатели постоянного тока 1959-го года выпуска. Питание двигателей производится от генераторов постоянного тока с приводными синхронными двигателями. Как известно, основной недостаток подобной системы генератор – двигатель заключается в низком КПД и большой инерционности. Системы управления, контроля, защиты и сигнализации построены с использованием аналоговых элементов и релейно-контакторной аппаратуры. Регулируемый привод индивидуальных рольгангов, правильной машины, нажимных устройств выполнен с использованием двигателей постоянного тока. В нерегулируемых приводах других механизмов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым или фазным ротором. Все электроприводы обслуживаются с пультов управления, расположенных на установленных в цехе постах управления. Анализ состояния электрооборудования цеха показывает, что оно физически изношено и морально устарело. При реконструкции цеха следует учесть новейшие разработки российских и иностранных фирм. В главном приводе мощных реверсивных станов российские фирмы применяли двигатели постоянного тока (ДПТ), в то время как зарубежные фирмы («Simens» и др.) широко используют синхронные двигатели (СД) с номинальной частотой меньше 50 Гц. Для регулирования скорости ДПТ применяются
тиристорные преобразователи постоянного тока, синхронных двигателей – преобразователи частоты с непосредственной связью. В электроприводе вспомогательных механизмов в основном используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока (с инвертором). Преобразователи частоты выполняются на тиристорах или IGBT-транзисторах. Системы управления строятся на бесконтактных элементах (аналоговых и цифровых). Релейно-контакторная аппаратура заменяется логическими элементами в интегральном исполнении. Вместо силовых коммутационных аппаратов (магнитных пускателей) следует применять бесконтактные тиристорные пускатели. Системы автоматизации выполняются на микропроцессорах и других программируемых устройствах. Регулирование электроприводов постоянного тока осуществляется по принципу подчиненного регулирования параметров с аналоговой обработкой сигналов. Поэтому системы управления с последовательной коррекцией необходимо строить на интегральных операционных усилителях. В качестве датчиков частоты вращения используются тахогенераторы с постоянными магнитами или импульсные датчики скорости. В электроприводах переменного тока применяются системы векторного управления.
Доступ онлайн
В корзину