Электрооборудование и электроснабжение : проектирование электропривода прокатных станов
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2008
Кол-во страниц: 48
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 754587.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Методические указания предназначены для выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта. 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. Указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 150100 «Металлургия» (профиль 150106 «Обработка металлов давлением») и 150400 «Технологические машины и оборудование» (профиль 150404 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны студентам других направлений и специальностей.
Тематика:
ББК:
- 328: Кибернетика. Общая радиотехника. Электроника. Электроакустика. Элетросвязь. Радиосвязь
- 343: Металлургия
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 22.03.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
№ 1140 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники В.Е. Фединцев Ф.И. Маняхин М.С. Анисимова Электрооборудование и электроснабжение Проектирование электропривода прокатных станов Методические указания Рекомендовано редакционноиздательским советом университета 2е издание, переработанное и дополненное Москва Издательский Дом МИСиС 2008
УДК 621.3 : 621.77 Ф32 Р е ц е н з е н т проф. С.М. Ионов Фединцев В.Е., Маняхин Ф.И., Анисимов М.С. Ф32 Электрооборудование и электроснабжение. Проектирование электропривода прокатных станов: Метод. указ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. – 48 с. Методические указания предназначены для выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта. 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. Указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 150100 «Металлургия» (профиль 150106 «Обработка металлов давлением») и 150400 «Технологические машины и оборудование» (профиль 150404 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны студентам других направлений и специальностей. © Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов» (МИСиС), 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение...................................................................................................................4 1. Общие вопросы электроснабжения металлургического завода и цеха ...7 2. Краткая характеристика электрооборудования цеха.................................9 3. Расчет мощности и обоснование выбора типа электроприемника .......11 3.1. Выбор электродвигателей.......................................................................11 3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока .....................................11 3.1.2. Выбор электродвигателей по мощности.....................................12 3.1.3. Выбор электродвигателей по частоте вращения ......................13 3.1.4. Выбор электродвигателей по степени защиты и конструктивному исполнению ..............................................................14 3.1.5. Выбор типа электродвигателей ...................................................17 3.2. Выбор индукционных нагревательных установок.............................19 3.3. Основы расчета и выбора электрических печей сопротивления.....22 3.4. Установки электроконтактного нагрева...............................................23 4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, присоединенной, фактической и установленной мощности производственного агрегата ...........................................................................24 5. Функциональная схема автоматизированного электропривода производственного агрегата ...........................................................................27 5.1. Аппаратура для защиты электродвигателей........................................27 5.2. Системы управления двигателями постоянного тока .......................30 5.3. Система двухзонного регулирования скорости ДПТ ........................32 5.4. Системы управления асинхронными двигателями............................33 6. Расчет электрических нагрузок цеха. Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций .....................................................................35 7. Мероприятия по экономии электроэнергии .............................................38 8. Пример выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта при реконструкции проволочного прокатного стана 150..............................................................39 8.1. Электроснабжение завода и цеха...........................................................39 8.2. Краткая характеристика электрооборудования цеха.........................40 8.3. Расчет мощности и выбор типа двигателя блока ...............................41 8.4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, присоединенной, фактической и установленной мощности стана 150....43 8.5. Функциональная схема автоматизированного электропривода......43 8.6. Мероприятия по экономии электроэнергии........................................46 Библиографический список................................................................................46 Приложение...........................................................................................................47
Введение Современные металлургические цехи оснащены большим количеством электрооборудования. Так, непрерывные широкополосные станы имеют более 2000 электродвигателей мощностью от сотен ватт до 12 600 кВт. Поэтому рациональное проектирование и реконструкция таких цехов требуют комплексной проработки механического и электротехнического оборудования. Все вопросы, встречающиеся при проектировании, должны освещаться с непременным отражением новейших достижений науки и техники в области электропривода металлургических предприятий. Выбор электродвигателей, схем управления, блокировок, сигнализации и разработка схем распределения электроэнергии – основные вопросы, рассматриваемые при проектировании электропривода. Основной задачей проектирования является выбор таких решений, которые отвечали бы действующим «Правилам устройств электроустановок», пожарной безопасности, указаниям по проектированию силового оборудования, автоматики и отличались бы наилучшими технико-экономическими 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 и подготовить ответы на другие вопросы, связанные с электрооборудованием, электроснабжением, силовым оборудованием и освещением. Вопросы, рассматриваемые в разделе «Электрооборудование и электроснабжение», а также комментарии к ним, освещены в данном пособии. Однако эти вопросы не всегда являются обязательными и могут быть изменены в зависимости от темы дипломного проекта. 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, принятые в цехе, коэффициент мощности по цеху). Категории потребителей электроэнергии цеха по надежности электроснабжения. 2. Техническая характеристика электрооборудования цеха (табл. В1 и В2). Краткое описание состояния электрооборудования и
его соответствие современному уровню развития техники. Обоснование замены устаревшего оборудования или выбора электроприемников для проектируемых установок. Таблица В1 Параметры главного электропривода прокатного или трубного стана λ Номер клети Тип двигателя Рн, кВт Uн, В Iн, А nн/nmax, об/мин при nн при nmax ηн, % mДд 2, т·м2 mДст 2, т·м2 а, об/ /мин/с b, об/ /мин/с uред П р и м е ч а н и е: Рн, Uн, Iн – номинальные мощность, напряжение и ток; nн, nmax – номинальная и максимальная частота вращения двигателя (для асинхронного двигателя nmax = no – синхронная частота вращения); λ – перегрузочная способность двигателя, λ = Mmax /Mн; ηн – номинальный к.п.д.; mДст 2, mДд 2 – маховой момент прокатного стана и двигателя; uред – передаточное число редуктора; а, b – ускорение и замедление привода. Таблица В2 Техническая характеристика электрооборудования вспомогательных механизмов Механизм Тип электроприемника Рн, кВт Uн, В Iн, А n, об/мин ηн, % cosϕ f, Гц ПВ, % П р и м е ч а н и е: ПВ – продолжительность включения, ПВ = (∑ tрi / tц)100 %; tр, tп, tц – время работы, паузы и цикла, ц р п 1 1 ; m N i t t t = + ∑ ∑ cosϕ – коэффициент мощности электроприемника. 3. Расчет мощности и выбор типа электроприемника (электродвигателей, индукторов печей сопротивления, установок электроконтактного нагрева 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 производствен
ного агрегата (прокатные, трубные и волочильные станы 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 технологического и электротехнического характера. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ).
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА И ЦЕХА Современный металлургический завод – мощный потребитель электроэнергии, суммарная электрическая 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 которого заключается в выработке пара и резервировании питания наиболее ответственных потребителей. При отсутствии ТЭЦ в качестве резервного источника используют 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 10 или 6 кВ внутренней распределительной сети. Для распределения электроэнергии на заводе 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 цехи, электроэнергия напряжением 110 или 220 кВ подводится по радиальным линиям. В этом случае ГПП устанавливают непосредственно в районе цеха. Для питания низковольтных потребителей применяют 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. По надежности электроснабжения в правилах устройства электроустановок (ПУЭ) все потребители подразделяются на три категории. К 1-й категории относятся приемники, для которых перерыв в электроснабжении связан с опасностью для жизни людей, значи
тельным материальным ущербом, браком продукции, порчей оборудования или длительным расстройством технологического процесса. Таких потребителей на металлургических заводах около 25 %. Перерыв в подаче электроэнергии допускается не более 1,5 с. Системы электроснабжения потребителей 1-й категории обязательно резервируются. К потребителям 1-й категории относятся доменные и электросталеплавильные цехи, 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 цехи основного производства. Допускается резервирование систем электроснабжения, отключение электроэнергии на время ручного ввода резерва. К 3-й категории относятся все цехи несерийного производства, железнодорожный цех, 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 др. 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 В этом пункте приводится техническая характеристика электрооборудования цеха (участка). Дипломник должен дать оценку состояния электрооборудования и его соответствия современному уровню. В качестве примера рассмотрим электрооборудование широкополосного стана 2800 (табл. 2.1). Таблица 2.1 Параметры главного электропривода прокатного стана λ Номер клети Тип двигателя Рн, кВт Uн, В Iн, А nн/nmax, об/мин при nн при nmax ηн, % mДд 2, т⋅м2 mДст 2, т⋅м2 а, об/ /мин/с b, об/ /мин/с uред 1 2 МП3500-30 МП7500-60 2580 5520 900 900 3250 6650 30/60 60/120 2,2 2,5 1,0 1,0 – 92 180 275 20 100 30 30 40 40 1 1 В состав стана входят две реверсивные клети: двух- и четырехвалковая. В приводе обеих клетей используются двигатели постоянного тока 1959 г. выпуска. Питание двигателей – от генераторов постоянного тока с приводными синхронными двигателями. Как известно, основной недостаток системы генератор–двигатель заключается в низком к.п.д. и большой инерционности. Системы управления, контроля, защиты и сигнализации построены на аналоговых элементах и релейно-контакторной аппаратуре. Регулируемый привод индивидуальных рольгангов, правильной машины, нажимных устройств выполнен с двигателями 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 широко используют синхронные двигатели (СД) с номинальной частотой меньше 50 Гц. Для регулирования скорости
ДПТ применяют тиристорные преобразователи постоянного тока, СД – преобразователи частоты с непосредственной связью. В электроприводе вспомогательных механизмов в основном используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока (с инвертором). Преобразователи частоты строят на тиристорах или IGBT-транзисторах. Системы управления строят на бесконтактных элементах (аналоговые и цифровые). Релейно-контакторная аппаратура заменяется логическими элементами в интегральном исполнении. Вместо силовых коммутационных аппаратов (магнитных пускателей) применяют бесконтактные тиристорные пускатели. Системы автоматизации выполняют на микропроцессорах и других программируемых устройствах. Регулирование электроприводов постоянного тока осуществляется по принципу подчиненного регулирования параметров с аналоговой обработкой сигналов. Системы управления с последовательной коррекцией строят на интегральных операционных усилителях. В качестве датчиков частоты вращения используют тахогенераторы с постоянными магнитами или импульсные датчики скорости. В электроприводах переменного тока применяют системы векторного управления.
3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКА 3.1. Выбор электродвигателей 3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока Выбор электродвигателей производится в зависимости от режима работы производственной машины. В приводе машин, не требующих регулирования скорости, рекомендуется применять электродвигатели переменного тока. Для привода производственных машин, требующих регулирования частоты вращения, выбор двигателей по роду тока следует производить по следующим соображениям: 1. В зависимости от заданного режима работы машины, т.е. в соответствии с требованиями технологического процесса. 2. В зависимости от заданных пределов регулирования частоты вращения и плавности регулирования. 3. От характера нагрузки на валу производственного механизма и требований пуска. 4. От условий эксплуатации и условий обслуживания электродвигателей. 5. На основании технико-экономического сравнения возможных вариантов системы электропривода. При выборе типа привода прежде всего должна быть проверена технико-экономическая целесообразность применения асинхронных и синхронных электродвигателей. В настоящее время рекомендуется выбирать электродвигатели с номинальным напряжением 380 или 660 В переменного тока и 220 или 440 В постоянного тока на низком напряжении, а на высоком напряжении использовать двигатели на 6 или 10 кВ. В сетях напряжением 380 В, как правило, применяют двигатели мощностью не выше 250 кВт. В отдельных случаях, особенно когда для распределения электроэнергии по предприятию применяется напряжение 10 кВ, целесообразно мощность двигателей, питаемых от сети 380 В, повысить до 320 кВт. В сети напряжением 660 В можно применять электродвигатели мощностью до 600 кВт. При применении асинхронных двигателей предпочтение отдается электродвигателям с короткозамкнутым ротором, как более надеж
Доступ онлайн
В корзину