Файл: ГОСшпоры Электротехнические установки.docx

ЭТУ.

1. Классификация электротехнических установок.

1. Электрические печи сопротивления (электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через твердые или жидкие тела, нагрев сопротивлением.) Применяется: нагрев металла под термообработку, плавка металла, сушка, нагрев в вакууме.

2. Электрические дуговые и плазменные дуговые установки (электрическая энергия превращается в тепло в дуговом разряде в газообразной среде или парах металла, нагрев электрической дугой). Применяется для плавки металла; вакуумная, дуговая и плазменная плавка и получения качественных отливок.

3. Рудно-термические и электрошлаковые печи (электр. энергия превращается в тепловую в дуговом разряде и при протекании токов в твердых и жидких телах, нагрев дугой и сопротивлением). Применяется для получения ферросплавов, карбида кальция, чугуна, фосфора и ряда других цветных металлов.

4. Индукционные плавильные печи, индукционные нагревательные установки, установки поверхностной закалки, магнитодинамические установки (электрическая энергия превращается в энергию переменного магнитного поля, а затем в тепловую помещенных в это поле телах, нагрев в переменном магнитном поле). Применяется для плавки металла, нагрев металла, поверхностная закалка, зонная плавка.

5. Установки диэлектрического нагрева (электрическая энергия превращается в энергию переменного электрического поля, затем в тепловую помещенных в это поле телах, нагрев в переменном эл. поле). Применяется для нагрева диэлектриков и пластмасс под полимеризацию, сушка материала, стерилизация продуктов, приготовление пищи.

6. Электронные плавильные и нагревательные установки, установки для зонной плавки (энергия электронного пучка превращается в тепловую в телах, бомбардируемые электронными пучками, нагрев электронным пучком). Применяется плавка в вакууме, высокореакционных цветных и черных металлов.

2. Показатели работы по ЭТУ

Основными показателями являются: Коэффициент загрузки, продолжительность включения (ПВ), коэффициент включения, коэффициент использования, коэффициент спроса.

1) коэффициенты загрузки зависят от режимов расхода ЭТУ, характеризуется значением тока (средней) к паспортной величине Кз=Iср/Iпасп. Для установок работающих длительно Кз=0.9; кратковременных Кз=0.75.

2) показатель продолжительности включения определяются соотношением рабочего времени к времени цикла: Пв=tр/tц

3) коэффициент включения характеризуется отношением времени включения к времени цикла Кв=tвкл/tц

4) Коэффициент использования используется отношение сред. Потреб. Мощность к номинальной Ки=Рср/Рном

5) Коэффициент спроса используется отношение расч. Мощности к номинальной Кс=Ррасч/Рном

3. Индивидуальные графики электрической нагрузки ЭТУ.

1) печи сопротивления: 1 – непрерывной дуги; 2 – периодической дуги. t1 t3 t5 режим включения, t2 t4 режим отключения. Весь период tц, tц=tн+tо (tн – нагрев, tо – охлаждение).

2) Дуговые печи: 1 – расплав Мет. 2 – окисление, 3 – скачивание шлаков, 4 – восстановление. tц составляет время от загрузки до восстановления.

3) Рудно-термические печи. Вакуумные: 1 – вакуум, 2 – рудно-терм.. 1 прогрев электрода, 2 – переплав металла, 3 – выход усадочной раковины. Для рудно-термической печи режим работы спокойный, т.к. дуга закрыта и тепло распространяется дугой и сопротивлением.

4) Индуктивные печи. t1 – плавки металла (2-10часов), t2 – ожидание загрузки (до 2-х часов)

5) Индуктивные установки: t1 –время закладки (5-10 сек.) t2 – 10-40 сек. Сварочные установки. 6) Дуговая сварка: t1 – время работы сварки (5-40 сек), t2 – 15-60 сек.

6) Стыковая сварка: выделяют 2 цикла: 1 – нагрев, 2 – оплавление. t1 – время нагрева (0,5-10 сек), t2 – до 1 сек, t3 – (0,1 – 0,5) сек.

7) Электролизные установки. График аналогичен графику печей сопротивления непрерывного действия.

8) Электрохимические установки. График аналогичен индукционным установкам.

4.Схемы электрического снабжения печей сопр-я

Усл-я: 1)Работа в длит-ном режиме. 2)явл-ся потребителем 2й категории. 3)потребляет переменный ток 3хфазной сети, f = 50Гц. 4)в зав-ти от температуры могут быт маломощными и мощными. 5)необходимо знать расп-е ист-ка питания относ-но объекта. Для потребит-ей 2й кат-ии ист-ками питания явл-ся цеховые трансформаторные подстанции (ЦТП), где уст-ся два параллельно работающих трансформатора или 1 трансформатор, но резервированный от др. источника питания. ГПП – главная понизительная подстанция, от которой запитывается ЦТП (кабели).

Печи сопротивления косвенного действия питание непосредственно от цеховой сети с напряжением 220, 380 и 660 В или от понижающих электропечных трансформаторов однофазного и трехфазного исполнений (серий ТПО и ТПТ) с широким диапазоном регулирования вторичного напряжения и от автотрансформаторов (серии АПТ). Эти серии разработаны с учетом требований (по значениям вторичного напряжения диапазону регулирования) питания печей с нагревашми: из сплавов сопротивления, из чистых тугоплавких металлов и из неметаллических материалов. Электропечные трансформаторы для уменьшения потерь в токоподводах устанавливаются в непосредственной близости к печи. Подвод питания от трансформатора к нагревателям может быть осуществлен кабелем или шинами—в зависимости от конкретной компоновки. Коммутационная аппаратура, аппаратура управления и автоматического регулирования температуры монтирует­ся в щитах управления. Для управления электрическими печами выпускается серия однозонных щитов управления. Каждый щит предназначается для дистанционного управления включением и выключением нагревателей, контроля и регулирования температуры одной тепловой зоны печи. Щиты устанавливаются непосредственно у печей.

При большом количестве печей в цехе устраивают централизованное управление в контрольно-распредели­тельном пункте (КРП), в котором сосредоточивают всю аппаратуру управления и теплового контроля. КРП обслуживается специальным персонвлом, обеспечивающим требуемые температурные режимы на всех печах согласно технологическим картам.

Для прецизионных печей сопротивления, работающих с высокой точностью поддержания температурного режима (точность до+/- 0,5 град.С), применяют специальные источники питания, позволяющие осуществлять плавное изменение мощности. К таким источникам питания относятся источники на магнитных усилителях однофазные (РУО) – на мощности от 3,5 до 105 кВт и трехфазные (РУТ) – на мощности от 11,5 до 182 кВт, а также тиристорные источники питания однофазные (РНТТ) – до 590 кВт.

5.Схема электрического снабжения дуговых печей

ДСП являются потребителями первой категории, поэтому па ГПП устанавливаются 2 // работающих трансформатора на печную нагрузку, 2 тр-ра на ГПП работающих на другую нагрузку. Печная нагрузка питается от сист. линии 35 кВ. (Двойная система для увеличения надёжности) Мощные печи питаются по радиальной сети (печной тр-р ПТ и печи ДСП-100). Печи небольшой ёмкости запитываются через шинопроводы (ШМА и ШРА). Реакторы в схемах для ограничения токов к.з.

6-7.Схемы эл. снабжения индукционных установок.

Питание как у печей индукционных. Печи и установки промышленной частоты можно соединить их на силовые пункты, как печи сопротивления, также можно использовать шинопровод. А если частота отличается от 50 Гц, то используют преобразователи. Для высокочастотных ИУ необходимы генераторы в отдельных комнатах и используют радиальную схему.

Печи и установки промышленной частоты можно соединить их на силовые пункты, как печи сопротивления, также можно использовать шинопровод.

Они являются потребителями второй категории (должны питаться от трансформаторной подстанции с резервом). Внешняя схема электрического снабжения аналогична печам сопротивления:

При использовании установок и печей, питающихся от преоб-лей используют питание от радиальной сети (Каждая установка питается от ИП).

8. Схемы электроснабжения электролизных серий.

Головной выкл-ль защищает тр-р.

Особенность КПП – расщепленная обмотка (4). Преобр-ль преобр-ет перемен. I в пост. I.

9. Энергетический баланс.

Печь сопротивления

Общий расход электроэнергии на обработку изделия.

.

- расход электроэнергии на нагрев.

Сизд – теплоемкость нагреваемого изделия.

Токр.ср – температура окружающей среды.

Gизд – масса изделия.

- расход электроэнергии на выдержку.

tв– время выдержки.

- общий расход электроэнергии за цикл.

tц – время цикла печи.

- потери на холостой ход.

tхх – время холостого хода.

- тепловые потери.

Суд – удельные потери через стенки печи.

Sнагр – площадь боковых стен печи, на которых расположены нагревательные элементы.

Дуговая печь.

Общий расход электроэнергии на плавку металла.

.

– полезная электроэнергия.

G’– емкость печи.

W1 - расход электроэнергии на нагрев.,

- электрические потери,

ΔWкс – потери в короткой сети.

Определим.

ΔWп.тр - потери в печном трансформаторе,

ΔWэв - потери в электрод ванне.

- тепловые потери энергии.

tц – время цикла печи.

10.Удельный расход эл.энергии ЭТУ

Для печей сопротивления

_{Удельный расход электроэнергии:} H=W_ц/G

Где G – загрузка печи (масса загрузки) [кг]

W_ц – энергия цикла.

Удельный расход электроэнергии – расход электроэнергии за цикл. Цикл – время работы.

W_ц=W_н+const

W_н – эл/эн на нагрев

Const – величина определяемая конструктивным исполнением установки.

G – масса изделия

С_изд уд. Теплоемкость изделия

_{864 – переводной коэффициент для уд. теплоемкости}

,

t_н – время нагрева

t_ц=t_хх+t_н+t_выд – время цикла. Эл.эн тратится только во время нагрева (t_н).

t_выд – время выдержки

t_хх ­ время холостого хода.

Для дуговых печей

- полные эл.потери

- потери в печном трансформаторе

n – коэф годности выхода металла = 94%

т.е. 94% металла выплавляемого в печи явл годным

G₀ – Загрузка печи

Для индукционных установок аналогично печам

Т.е. для любой печи H=W/G

11. Влияние показателей качества э/э на режим работы печей сопротивления.

Отклонения напряжения приводят к изменению времени протекания технологического процесса о соответственно к изменению производительности печей, что приводит к изменению расходов ЭЭ. От уровня напряжения зависят также срок службы нагревателей и потери активной мощности.

Показателем качества рассчитывается в зависимости от коэффициента напряжения: Кu=0.9-1.1. Время нагрева

tн=Wн/(PномK²u-ΔP), (Wн- расход электроэнергии на нагрев, ΔР потери мощности на нагрев)

Удельный расход электрической энергии: Н=Wц/G, (G – масса изделия, Wц – расход электроэнергии за цикл). Производительность печи:

П=G/tц (tц=tн+tв+tхх – время цикла).

Время службы нагревательного элемента (δ0 – толщина окислительного слоя, υок – скорость окисления нагревательного элемента)

Рассчитывают параметры качества для 5 значений Кu, и строят графики: tн, Wц, П, Н от Кu. Вывод: с увеличением рабочего напряжения все параметры печи сопротивления улучшаются, но нет уверенности что это даст экономию, т.к. не учтен полный технологический процесс. Напряжение при увеличении производительности возможен простой, так же возможен ущерб от перенапряжения.

12. Влияние показателей качеств э/э на режим работы дуговых печей.

Показателем качества рассчитывается в зависимости от коэффициента напряжения: Кu=0.9-1.1.

Ток дуги.

(А, В и С коэффициенты для расчета тока дуги).

Потери мощности при горении дуги.

(U2ф фазное напряжение печи, X_Σ и R_Σ суммарные сопротивления)

Время плавки. , (W_Σ - общий расход электроэнергии на плавку металла, к1 - поправочный коэффициент, ΔРэл - электрические потери мощности, ΔРт - тепловые потери мощности)

Производительность печи (tпл – время плавки, G’ – емкость печи)

Удельный расход э/э.

(n - коэффициент годности выхода металла)

13. Влияние показателей качества электроэнергии на режим работы индукционных установок печей.

Определяем номинальный ток печи: (Cosф=0,7-для индукционных печей; Р_г и U_г – мощность и напряжение генератора).

Мощность установки.

(Rуст - активное сопротивление установки)

Изменение питающего напряжение несет огромное число изменений в режим работы электроустановок, которые в свою очередь наносят ущерб всему технологическому процессу в целом.

14. Ущербы от неудовлетворительного качества электроэнергии.

При отклонении показателей качества электроэнергии от норм появляются экономические ущерб, который представляет собой добавочные затраты на выпуск промышленной продукции.

Ущерб складывается из технологической и электромагнитной составляющей: У_Σ=У_т+У_э.

В технологическую составляющую входят: ущерб от изменения производительности, брака продукции и изменения срока службы установок.

К электромагнитным составляющим ущерба относятся: ущерб от изменения потребления активной и реактивной мощности.

Печи сопротивления.

Суммарный ущерб для печей сопротивления определяется уравнением.

У_Σ=У1+У2+У3+У4+У5+У6.

У1-ущерб от изменения производительности

У1=ПгЦ ΔПi, Пг – годовая производительность печи, Ц– себестоимость тонны изделия, ΔПi – изменение производительности

У2 - ущерб от брака продукции.

Ущерб от брака продукции У2=0 при отклонении напряжения в пределах ±15%

У3 – ущерб от изменения потребления активной мощности

У3=РномСуд*tцг*к_v²

Суд – удельная стоимость электроэнергии.

tцг – годовое число часов работы печи

к_v – отклонение напряжения.

У4 – ущерб от изменения потерь активной мощности

У4=ΔРномСуд*tцг*к_v²

У5 – ущерб от изменения потребления реактивной мощности равен 0 т.к. печь сопротивления является потребителем активной мощности

У6 - ущерб от изменения срока службы нагревателя.

С_н- стоимость нагревателя, t_ц- время цикла в год, t_сл-время службы нагревателя.

кt - срок службы нагревательного элемента.

Дуговые электропечи.

Суммарный ущерб для дуговых печей выражается уравнением.

У_Σ=У1+У2+У3+У4+У5+У6+У7.

У1-У6 – аналогично.

У7 – ущербы связанные с изменением расхода электродов и срока службы понижающего трансформатора печи.

У1-У5 определяются аналогично.

Сэл – стоимость электрода

tсл – время службы электрода.

Sном – номинальная мощность трансформатора.

G’ – емкость печи.

У7=Δtц*ЕнКкз

Электросварочные машины.

У_Σ=У1+У2+У3+У4+У5+У6+У7+У8

У1-У5 аналогично

У6 – ущерб от изменения затрат на электроды

У7 и У8 - ущербы от изменения срока службы гибких кабелей на подвесных машинах и сварочного трансформатора.

Зависимости удельных ущербов и суммарного от отклонения напряжения.

15. Групповые графики электрической нагрузки ЭТУ.

Это зависимость изменения нагрузки во времени как активной, так и реактивной составляющих. Для таких графиков степень регулярности определяется как типа- ми слагающих индивидуальных графиков, так и величиной потребляемой мощности по минимуму и по максимуму согласно технологического процесса.

В зависимости от технологического процесса ЭТУ графики индивидуальные Эл. нагрузок могут быть жесткими и вероятностными. Если ЭТУ увязаны единым технологическим процессом нагрузок, то графики будут жесткими, если нет, то вероятностными.

Если жесткие графики были периодическими, то и групповой будет периодическим.

Если жесткие графики отдельных ЭТУ рассматривать как самостоятельные, то суммарный не будет периодическим. W(A)