Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 355
Скачиваний: 11
в) в цехах металлопокрытий в машиностроении для защитных и декоративных покрытий металлических и не металлических изделий;
г) в черной металлургии для лужения жести, включая электролитическую очистку.
Напряжение ванн получается в пределах нескольких вольт, а токи достигают десятков и даже сотен тысяч ам пер. В целях экономичной канализации больших токов одинаковые ванны соединяются последовательно в серии в соответствии с напряжением преобразовательной уста новки. При угольных или графитовых электродах во время электролиза алюминия наблюдается «анодный эффект», за ключающийся в образовании около угольного или графито вого айода газовой пленки, вследствие чего напряжение и потребляемая мощность возрастают в 5—10 раз. Например, при анодном эффекте напряжение алюминиевой ванны с 4,5—б В возрастает до 30—45 В, чему при токе 150 кА соответствует возрастание мощности ванны с 675—900 до 4 500—6 750 кВт. Возможность появления анодного эф фекта на отдельных ваннах серии длительностью 5—10 мин при подсчете мощности преобразовательной установки учи тывается путем создания необходимого запаса мощности.
В процессе электролиза для поддержания постоянной величины тока или напряжения ведется регулирование. JІаиболее распространено регулирование на постоянство тока, для чего автоматически или вручную регулируется напряжение в зависимости от изменения сопротивления серии ванн. Последнее может иметь место при анодном эффекте, изменении плотности электролита, ремонте от дельных ванн и т. д.
Установки электролиза цветной металлургии. Сюда относятся установки для получения легких металлов (алюминий, магний, кадмий и др.) электролизом расплав ленных солей и для рафинирования тяжелых металлов (медь, серебро, золото и др.). Установки электролиза легких щелочных металлов (натрий, калий) относятся к химической промышленности.
Наиболее мощными установками электролиза являются серии ванн для получения алюминия и магния при напря жении серии 450—850 В и токе до 100—150 кА (рис. 3-10). Удельный расход электроэнергии при производстве магния составляет 15 000 (кВт-ч)/т и алюминия 18 000 (кВт-ч)/т. К наиболее энергоемким производствам относятся электро лиз бериллия 50 000 (кВт-ч)Аг и лития 66 000 (кВт-ч);т.
90
При постоянных токах свыше 100 кЛ развиваются сверхмощные магнитные поля, создающие перекос зеркала металла в ванне, кто отрицательно сказывается на тех нологическом процессе. Поэтому при создании мощных электролизеров необходимо учитывать не только систему токоподвода, но и расположение ферромагнитных масс самой конструкции электролизера.
Электролиз цветных металлов является весьма энерго емким производством. Установленные мощности электро-
Рис. 3-10. Цех электролиза алюминия с ваннами 150 кА.
лизных цехов (серий ванн) достигают десятков мегаватт, а заводов до 1 000 МВт и выше. Режимы работы — про должительные и непрерывные, с выводом в ремонт отдель ных ванн, шунтируемых на этот период специальными' шинами.
Электролизные установки относятся к 1-й категория. Хотя некоторые установки, например электролиза алю миния, благодаря большой теплоемкости ванн и допу скают кратковременные (несколько минут) перерывы, однако длительная остановка может повести к застыва нию электролита и длительному расстройству технологи ческого процесса, па восстановление которого может потребоваться до 10 дней.
Установки электрохимии. Сюда относятся установки электролиза хлора в хлорно-каустической промышлен-
91
нослті, электролиза воды для получения водорода (кисло род получается в качестве побочного продукта) и тяжелой воды, электролиза натрия, калия и др., а также установки для получения их сплавов. Наиболее моіциыми являются установки для электролиза хлора из раствора поваренной соли (рассол хлористого натрия).
Напряжение отдельных ванн в электрохимии колеб лется от 2 до 10—12 В, в некоторых случаях до 100—220 В; напряжения серий ванн принимаются 150—850 В, ток ванн до 100—190 кА при электролизе хлора. Хлорные производства являются мощными и энергоемкими и по требляют свыше 100 МВт. Установленные мощности эле ктролиза воды достигают 75—150 МВт.
Удельный расход электроэнергии на электролиз хлора 3 000—4 000 кВт-ч; для воды 4,5—6 кВт-ч па 1 м3 водо рода и 0,5 м3 кислорода; для натрия 15 000 (кВт-ч) т. Самый энергоемкий продукт — тяжелая вода — требует 100 000 кВт-ч электроэнергии для получения всего 1 кг
1) 20 !
Режимы работы аналогичны режимам работы устано вок цветной металлургии. Установка электролиза хлора относится к 1-й категории. Особенно опасны перерывы в электроснабжении в периоды пуска.
Установки металлопокрытий. Металлопокрытия явля ются защитными и декоративными электролитическими покрытиями, применяемыми в машиностроении; сюда от носятся цинкование, никелирование, кадмирование, свин цевание, меднение, хромирование, серебрение, оксидиро вание (воронение) и другие покрытия. В качестве подго товительных операций применяются также электролитиче ское обезжиривание и травление для подготовки поверх ности к нанесению металлопокрытий.
Напряжение ванн металлопокрытия колеблется от 3,5 до 9—10 В и максимально до 25 В. Токи ванн также меняются в пределах 100—5 000 А и выше; в большинство случаев требуется регулирование величины тока в широ ких пределах, а иногда также перемена полярности ванн. Различие в режимах работы отдельных ванн не допускает последовательного их включения, поэтому питание ванн обычно выполняется от общих магистралей напряжением G или 12 В, в котором присоединяются параллельно ванны соответствующей группы но напряжению (до 6 В и выше). Регулирование напряжения ванн производится индиви дуальными реостатами и связано с большими потерями.
92
Более экономичное регулирование для крупных ванн по лучается при индивидуальном питании от преобразова телей, напряжение которых регулируется.
В современных поточно-массовых производствах уста новки металлопокрытий выполняются в виде автоматиче ских линий, останов которых приводит к длительному расстройству технологического процесса, вследствие чего они относятся к 1-й категории. Отдельные ванны относятся ко 2-й категории. Суммарные мощности преобразователь ных установок цехов металлопокрытий составляют 50— 2 000 кВт и питаются при напряжениях цеховых сетей
380В.
Вметаллургической промышленности электролитиче
ское лужение жести, входящее составным элементом в не прерывный процесс производства, выполняется при на пряжении 9—24 В и токе до 120—215 кЛ. Скорость дви жения ленты доходит до 10 м/с. Электролитическое обез жиривание и травление стальной ленты при напряжении 18 В и токе 12 кА входят в непрерывную линию производ ства холоднокатаного листа.
Режимы работы электролизных установок металло покрытий в машиностроении циклические, связанные с за грузкой изделий в ванны и их разгрузкой. В металлургии электролитическое лужение жести и электролитическая обработка стальной ленты работают в продолжительном режиме и относятся к 1-й категории.
3-4. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 000 В
Установки, использующие электрическое поле посто янного тока напряжением выше 1 000 В в промышленности, имеют назначение создать направленное движение капель или твердых частиц, произвести улавливание взвешенных в газе частиц п разделение смеси частиц.
Направленное движение заряженных взвешенных ка пель или частиц к окрашиваемому предмету применяется в машиностроении для электрокраски; в металлургии — для покрытия маслом стальной ленты; в производстве искусственных тканей и мехов и в. других областях.
Электроокраска в автомобильной, велосипедной, радио технической и других отраслях промышленности дает экономию краски до 50% и более качественное покрытие.
93
Напряжение электрического поля 80—150 кВ при мощ ности высоковольтных агрегатов, состоящих из транс форматора и выпрямителя, 0,5—5 кВ-А.
Для покрытия поверхностей лакокрасочными материа лами в автомобильной промышленности применяется электрофорез — направленное движение частиц материа лов в ванне при напряжении до 300 В и токе до 3 000 А, обеспечивающее высококачественное покрытие. В метал лургии применяется непрерывный процесс с электростати ческим покрытием стальной ленты тонким слоем масла при напряжении около 100 кВ.
В промышленности искусственных тканей и мехов электростатическое поле служит для нанесения ворсинок на ткань, покрытую слоем клея. Ворсинки длиной 0,2— 0,5 мм имитируют замшу, длиной 0,5—1 мм — велюр и длиной 1,2—3 — бархат; будучи заряженными одно именно, ворсинки располагаются на ткани строго перпен дикулярно. Применяемое напряжение 60—80 кВ.
Улавливание взвешенных в газе частиц при помощи электрического подя или установки электрофильтров по лучило широкое распространение в различных отраслях промышленности. В черной металлургии электрофильт рами производится очистка доменного газа при напряже ниях 80—100 кВ с помощью агрегатов мощностью 10—
50кВ-А.
Вцветной металлургии электрофильтры применяются для улавливания частиц цинка, олова, никеля, свинца и других металлов. Электрофильтры широко применяются
для очистки дымовых газов электростанций, цементных и сажевых заводов, на предприятиях химической про мышленности и в других отраслях.
Разделение смеси материалов, различающихся по эле ктропроводности и размерам частиц, производится при помощи высоковольтных барабанных коронных сепарато ров напряжением 60—100 кВ. Материал поступает на вращающийся барабан и под влиянием электрического ноля напряжением около 70 кВ сортируется за счет раз личной электризации частиц, снимаемых с барабана в не скольких зонах.
Все агрегаты для установок электрического поля высо кого напряжения питаются при напряжении 380 В. По степени бесперебойности относятся ко 2-й или 1-й кате гории в зависимости от назначения (очистка доменного газа относится к 1-й категории).
94
Кроме установок с электрическим полем высокого на пряжения постоянного тока, в промышленности исполь зуются также установки переменного тока, например в нефтяной промышленности.
Для очистки |
сырой нефти |
• |
|
|
|||||||
от воды и солей применяют |
|
|
|
||||||||
ся |
|
специальные |
установ |
|
|
|
|||||
ки |
|
олектрообезвоживания |
|
|
|
||||||
и |
|
электрообессоливания |
|
|
|
||||||
(ЭЛОУ), в которых |
очист |
|
|
|
|||||||
ка |
|
производится |
при |
про |
|
|
|
||||
хождении нефти в |
элек |
|
|
|
|||||||
трическом |
поле |
высокого |
|
|
|
||||||
напряжения |
|
промышлен |
|
|
|
||||||
ной или реже высокой час |
|
|
|
||||||||
тоты. Напряжение |
внутри |
|
|
|
|||||||
дегидратора |
|
промышлен |
|
|
|
||||||
ной |
частоты |
составляет |
|
|
|
||||||
23—54 кВ, |
при |
мощности |
|
|
|
||||||
повысительных |
трансфор |
|
|
|
|||||||
маторов |
от |
2 х |
15 до 6х |
|
|
|
|||||
X 50 кВ - А, установленных |
|
|
|
||||||||
на верхней площадке (рис. |
|
|
|
||||||||
3-11) и питающихся при |
|
|
|
||||||||
напряжении 380 В. Высо |
Рис. |
3-11. Установка |
ЭЛОУ. |
||||||||
кое |
напряжение |
подается |
|||||||||
к |
металлическим |
дискам |
|
оседают капли |
воды из |
||||||
внутри |
корпуса, |
на которых |
|||||||||
проходящей нефти. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Режим работы ЭЛОУ продолжительный. Они относятся |
|||||||||
к |
потребителям |
2-й |
категории. |
|
|
3-5. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
В качестве электрических источников света на промыш ленных предприятиях применяются: лампы накаливания, галогенные лампы накаливания с йодно-вольфрамовым циклом, люминесцентные лампы, ртутные кварцевые лам пы с исправленной цветностью, ксеноновые и натриевые лампы. Характеристики различных ламп, мощность кото рых колеблется от 15 Вт до 50 кВт, приводятся в курсе «Электрическое освещение» и здесь не излагаются. Мощ ность осветительных установок характеризуется удельной
95
плотностью нагрузки, которая в производственных поме щениях 10—100 Вт/м2 и выше в зависимости от требовании производства.
На промышленных предприятиях применяются следую щие системы освещения:
а) о б щ е е с равномерным или локализованным вы соким расположением светильников; применяется в про изводствах, не требующих большой освещенности; при большой освещенности одно общее освещение не допу скается;
б) к о м б и н и р о в а н н о е , состоящее из общего и местного освещения.
Комбинированное освещение наиболее распространено; применение одного местного освещения не допускается.
Ме с т н о е освещение подразделяется на с т а д і ю - II а р II о о (например, освещение металлорежущих стан ков, постов управления механизмами прокатных станов, водомерных стекол и т. д.) и п е р е н о с н о е , требующееся для ремонта оборудования и коммуникаций, а также для производств, связанных с осмотром внутренней части изделия.
По видам освещение разделяется на р а б о ч е е , обеспечивающее нормальную работу производства, и а в а- р и іі н о е. Последнее служит для временного продолже ния работы или для эвакуации людей из помещения при внезапном отключении рабочего освещения. Ошибочные действия персонала в темноте могут привести к взрыву или пожару, длительному нарушению технологии или перерыву питания большой группы потребителей (круп ные подстанции, электростанции, водонасосные, газогене раторные, химические производства, требующие непре рывного наблюдения за процессом и т. п.).
Аварийное освещение для эвакуации людей необхо димо:
а) в производственных помещениях, в которых при погасании рабочего освещения и выходе людей при рабо тающем оборудовании в темноте возникает опасность трав матизма;
С) при числе работающих в помещении более 50 чело век, когда возникает опасность травматизма (механизмы продолжают работать в темноте);
в) в основных проходных помещениях, пожарных проездах, коридорах и лестницах в зданиях, где работает более 50 человек;
96
г) |
в помещениях общественного пользования, где воз |
можно |
пребывание одновременно более 100 человек. |
Мели освещенность, необходимая для пиакуации лю дей, обеспечивается аварийным освещением для продол жения работы, то аварийного освещения для эвакуации людей не требуется.
Аварийное освещение как потребитель 1-й категории должно присоединяться к независимому источнику пита ния — секции щита, питающегося от другого трансфор матора, чем питающая рабочее освещение секция, или присоединяться к аккумуляторной батарее.
Напряжение ламп общего освещения 220 В, причем сеть должна иметь напряжение не выше 250 В относи тельно земли. Таким образом, в осветительных установках при напряжении 380,220 В глухое заземление нулевой точки обязательно.
В помещениях особо опасных в отношении поражения электрическим током (например, теплотуннели, кабель ные туннели, подвалы электролизных цехов и т. д.) при высоте установки светильников над полом менее 2,5 м должны применяться светильники особой конструкции, исключающей доступ к лампе без специальных приспо соблений, или напряжение ламп должно быть не выше 36 В. Такое же напряжение должны иметь лампы местного, стационарного и переносного освещения. При особо не благоприятных условиях работы с точки зрения электро травматизма (например, в паровых котлах, баках и т. д.) напряжение ламп ручных светильников не должно пре вышать 12 В.
Осветительная нагрузка общего рабочего освещения является стабильной, так как при изменениях технологи ческого процесса, сопровождающегося перемещением стан ков, общее освещение не меняется. При перемещаемом оборудовании наиболее рационально применять комбини рованное освещение с лампами местного света. Последние питаются от индивидуальных, установленных на станках трансформаторов 380/36 В, присоединенных к силовой сети. При этом станки получают полную свободу переме щения.
Номинальные (установленные) мощности освещения цехов составляют сотни, а крупных корпусов с блокиро ванным расположением цехов — тысячи киловатт.
4 Мукосеев Ю. Л. |
97 |
Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я
РОД ТОКА II НАПРЯЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
4-1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА ^РОДА ТОКА
Выбор рода тока для систем электроснабжения связан- с выбором оптимального типа электропривода — постоян ного или переменного тока. Такие преимущества электро привода постоянного тока, как возможность широкого регулирования частоты вращения и частого реверса двигателей, повышенного начального момента и пр., обеспечили ему достаточно широкое применение в чер ной металлургии, машиностроении, текстильной промы шленности еще в начале 30-х годов, когда началось раз витие социалистической индустрии нашей страны. В тот период системы электропривода с индивидуальными пре образователями тока типа ДГД были развиты очень слабо, а системы УРВД и полупроводниковые преобразователи вообще не были известны. Электроприводы постоянного тока требовали централизованного снабжения электро энергией и соответствующих сетей постоянного тока.
Дальнейший прогресс в развитии электроприводов переменного тока (были улучшены их характеристики) и постоянного тока (внедрены преобразователи тока) при вел к значительному ограничению централизованного снаб жения привода постоянным током, которое сохранилось только в черной металлургии и имеет тенденцию к даль нейшему сокращению.
При решении вопроса о выборе рода тока для электро снабжения следует исходить из следующих положений.
1. На наших электростанциях электроэнергия в на стоящее время вырабатывается исключительно перемен ного трехфазного тока частотой 50 Гц. Постоянный ток промышленные предприятия получают от различных пре образователей, мощность которых достигает нескольких десятков мегаватт, поэтому энергия постоянного тока всегда дороже энергии переменного тока на величину стои мости потерь на преобразование и стоимости эксплуатации преобразовательных установок.
2. Решающими факторами при выборе рода тока яв ляются требования технологии производства; есть произ-
98
водственные процессы, которые могут быть осуществлены только с применением постоянного тока, например элект ролиз.
Такие требования к электроприводу, как широкое ре гулирование скорости, частые пуски, реверсы, ускорения, замедления, торможения, большие толчки нагрузки, точ ные остановки на ползучей скорости и т. п., могут быть осуществлены только при применении электродвигателей постоянного тока. В современной технике все эти задачи решаются применением индивидуальных преобразовате лей и бесконтактной автоматики, когда все управление переходными режимами переносится в цепи возбуждения. Поэтому электроприводы по таким системам, как правило, являются потребителями переменного тока.
3. Большинство механизмов промышленных предприя тий не требуют регулирования числа оборотов и для них, как правило, применяются асинхронные двигатели с ко роткозамкнутым ротором, а в отдельных случаях — синх ронные двигатели. При ступенчатом регулировании также применяются асинхронные двигатели с короткозамкну тым ротором с переключением полюсов.
Плавное регулирование этих двигателей выполняется изменением частоты питающей сети или с помощью элект ромагнитной (или гидравлической) муфты. Регулирование асинхронных двигателей с фазовым ротором в последнее время, как правило, выполняется изменением скольже ния ротора с возвращением энергии скольжения в сеть.
В результате развития систем электропривода с инди видуальными преобразователями, а также усовершенство вания приводов переменного тока в настоящее время вопрос выбора рода тока, утратил свою остроту. Основной род тока на промышленных предприятиях — переменный.
4-2. НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Выбор напряжения для системы постоянного тока является более простой задачей, чем для системы пере менного, вследствие ограниченности ее применения. Вы бор напряжения для электролиза определяется требова ниями технологического процесса и условиями канализа ции больших величин тока.
Для сетей, питающих электроприводы, задача выбора сводится к рассмотрению двух напряжений 220 и 440 В,
4 * |
99 |