Содержание лекции:
- дуговые печи как потребители электроэнергии.
Цели лекции:
- особенности работы, электрооборудование и схемы питания дуговых печей.
Дуговые печи являются потребителями электроэнергии, оказывающими значительное влияние на системы электроснабжения. Для работы дуговых печей характерны следующие особенности:
1) Сравнительно низкие значения напряжения горения дуг при больших мощностях печей обуславливают очень большие токи фаз. Это вызывает необходимость в согласующем трансформаторе и мощных токоподводах, рассчитанных на десятки тысяч ампер. Высокая индуктивность этих токоподводов обуславливает низкий коэффициент мощности печной установки, а их несимметрия - несимметрию загрузки фаз печи. Следовательно, необходимо укорачивать эти токоподводы, т.е. размещать печной трансформатор как можно ближе к печи.
2) Мощность и напряжение на печи меняются в разные периоды плавки, кроме того, зависят от марки выплавляемой стали, поэтому они должны регулироваться в широких пределах.
3) Неспокойный характер электрического режима, особенно в начальный период расплавления. В дальнейшем после слияния колодцев и образования общей ванны, электрический режим несколько успокаивается, однако толчки тока, короткие замыкания и обрывы дуг имеют место до окончания периода расплавления. В период окисления, и особенно в период рафинирования, электрический режим печи успокаивается, резкие толчки тока, соответствующие коротким замыканиям, и обрывы тока прекращаются.
4) Частые колебания тока и коммутации могут вызывать в отдельных элементах цепи электроснабжения дуговых печей значительные перенапряжения, достигающие 4-5-кратных номинальных значений.
5) Электрическая дуга является нелинейным проводником, формы кривой тока, и особенно напряжения дуговых печей искажены. Дуга является генератором высших гармоник, проникающих в питающую сеть.
Таким образом, применяемое в ДСП электрооборудование должно выдерживать токи эксплуатационных КЗ в печи (являющихся не аварийным, а нормальным эксплуатационным режимом) и возможные перенапряжения. Оно должно обеспечить возможность регулирования электрического режима печи (дискретное переключение ступеней напряжения печного трансформаторного агрегата, как правило, под нагрузкой, т.е. без отключения питания; плавное изменение тока печи путем изменения длины дуг опусканием или подъемом электродов).
Кроме того, должны быть предусмотрены меры по ограничению токов эксплуатационных КЗ разумными пределами. Это касается небольших печных установок, в которых собственная реактивность недостаточна. В мощных печах необходима компенсация реактивной мощности.
В дуговых печах должны быть предусмотрены необходимые коммутационные аппараты и измерительные устройства, защита от аварийных КЗ и перегрузок. Все дуговые печи должны быть снабжены быстродействующими системами автоматического регулирования для стабилизации их электрического режима.
Основное электрооборудование дуговых сталеплавильных печей:
а) трансформаторы для ДСП, обеспечивающие согласование параметров печи с параметрами системы электроснабжения и регулирование подаваемого на печь напряжения. По сравнению с обычными силовыми трансформаторами печные имеют ряд особенностей:
1) высокий коэффициент трансформации и большие токи на стороне низкого напряжения;
2) конструкции трансформатора выполнены более жесткой из-за эксплуатационных КЗ (особенно в части крепления обмоток и выводов), способной выдержать возникающие при КЗ динамические усилия. Из этих же соображений вторичную обмотку трансформатора включают в треугольник (Δ), так как при этом ток КЗ распределяется на две фазы, это снижает механические усилия в обмотках и их нагрев. Кроме того, это позволяет уменьшить индуктивность токоподвода;
3) для снижения толчков тока при КЗ и устойчивого горения дуги ХL печного контура должно быть не менее 30-35%, поэтому для малых печей, у которых Х L коротких сетей невелико, желательно, чтобы Х L было большое. Uк.з. печных трансформаторов составляет 7-8%. Для печей ёмкостью до 12 тонн с трансформатором до 9 МВА приходится включать последовательно с печным трансформатором реактор. ХLmax реакторов-30%, они снабжены отпайками. Он располагается в одном баке с печным трансформатором;
б) коммутационная и измерительная аппаратура.
Схемы питания и подстанции ДСП.
ДСП малой емкости подключаются к сети U = 6¸10 кВ (см. рисунок 26), большой емкости – к сети 35кВ. Границей является печь емкостью 25 тонн, мощностью 12,5 МВА; трансформаторы для этой печи выполняются как на U = 6¸10 кВ, так и на 35 кВ. Самые большие печи на 100 и 200 т с трансформаторами 50 и 124 МВА – на U = 110 или 220 кВ.
Питание печей емкостью >25т осуществляется от специального трансформаторного агрегата, состоящего из печного нерегулируемого трансформатора и регулировочного АТ, обычно оба в одном баке.
Мощные ДСП работают с низким коэффициентом мощности (cosφ = 0,7). Это приводит к повышенным электрическим потерям в сети и к необходимости завышать номинальную мощность трансформаторов, генераторов и др. силовой аппаратуры. Мощные ДСП являются источниками значительных колебаний тока, следовательно, и напряжения, весьма нежелательных для других потребителей сети, особенно для осветительной нагрузки.
Если мощность питающей системы намного больше мощности дуговой нагрузки, то эти колебания неощутимы. Если же мощность системы мала (соизмерима с мощностью дуговой нагрузки), то надо ставить реакторы, уменьшающие эти колебания. Наилучшим способом борьбы с колебаниями напряжения является компенсация реактивной мощности. Поддержание в моменты колебаний тока cos φ, близким к единице, обеспечивает практическую ликвидацию колебания напряжения.
Компенсация реактивной мощности малыми батареями осуществляется подключением БК у самой печи, что требует установки КУ на каждую печь. Установка БК на шинах ГПП выгодно по капитальным затратам, т.к. мощности в часы максимальных нагрузок печей не совпадают. Необходимо применять регулирование мощности БК.
Рисунок 27 – Схема питания одиночного ДСП емкостью 1,5-6,0 т
| 1 – печь; 2,5 – трансформаторы тока; 3 – печной трансформатор, имеющий 12 ступеней напряжения со снятием нагрузки; 4 – реактор (в одном баке с трансформатором) – для ограничения токов к.з. и повышения устойчивости горения дуги; 6 – высоковольтный выключатель, для операционных и для защитных функций; 7 – разъединитель для видимого разрыва; 8 – трансформаторы напряжения; 10 – разъединитель для шунтирования реактора в период плавки. Измерительные приборы – для контроля режима печи. Для защиты установки от аварийных токов к.з. предусмотрена МТЗ (9) мгновенного действия, а от перегрузки – МТЗ (11) с зависимой уставкой времени срабатывания. |
Применение продольной компенсации реактивной мощности в установках ДСП невозможно, т.к. при резонансе напряжений ток эксплуатационного КЗ, ограничиваемый лишь активным сопротивлением контура, возрастает в несколько раз; кроме того, при толчках тока возможно появление в цепи значительных перенапряжений.
На рисунке 28 представлена схема электроснабжения дуговой печи для литья чугунных отливок ДЧМ-5. ЦРП – центральный распределительный пункт. РБА – 1000 – реакторы для снижения мощности КЗ на шинах ЦРП, они также сглаживают толчки напряжения.
На рисунке 29 представлена схема электроснабжения крупной дуговой печи на 50 т. Печь одиночная, ГПП отсутствует, к цеху электроэнергия подводится по двум ВЛ – 35, подходящим к шинам печной подстанции. Резервирование ограничивается наличием двух воздушных линий, двух высоковольтных выключателей.
Печи питаются от шин 6 кВ ГПП. Две линии ВЛ -110 секционированы, трансформаторы трехобмоточные. От шин 35 кВ питаются другие цеха. На 6 кВ имеются две системы шин, есть возможность питания от любой системы шин. Переключение осуществляется разъединителем, т.к. печи можно отключать на короткое время. Все управление в РУ–6 кВ ГПП, а на ППС только трансформаторы, нет коммутационной аппаратуры. Реакторы в РУ-6 кВ применены для уменьшения мощности КЗ, а также для сглаживания колебаний напряжения.
|
Рисунок 29 – Схема электроснабжения печи типа ДСП – 50
На рисунке 30 представлена схема без ГПП с использованием глубокого ввода 220 кВ непосредственно в цех, к печной подстанции. Питание по двум ВЛ, подключенным к двум секционированным шинам 220 кВ, от них идут 6 линий к печам. АТ для регулирования напряжения и печные нерегулируемые трансформаторы. Поперечная компенсация реактивной мощности.
|
Рисунок 30 – Схема питания мощных дуговых печей ДСП – 200
Лекция 15. Молниезащита
Содержание лекции:
- молниезащита зданий и сооружений.
Цель лекции:
- изучение конструкций и методов расчета молниеотводов.
При проектировании зданий и сооружений СЭС необходимо учитывать и предотвращать возможность их поражения ударами молнии. Особенно это относится к открытым электроустановкам. Наиболее опасным проявлением молнии с точки зрения поражения зданий и сооружений является прямой удар.
Ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений высотой не более 60 м, не оборудованных молниезащитой и имеющих неизменную высоту, определяют по формуле
| (50) |
где В – ширина защищаемого объекта, м;
L –длина защищаемого объекта, м;
hx – наибольшая высота объекта по его боковым сторонам, м;
n – среднее число поражений молнией 1 км2 земной поверхности в год (из справочника) в зависимости от интенсивности грозовой деятельности в данном районе.
Молнии характеризуются большим разрушающим действием. С вероятность 5% амплитудное значение тока молнии превышает 200 кА. Прямое попадание молнии в проводники или электрооборудование установок электроснабжения приводит к их электродинамическому разрушению и расплавлению. Во избежание такой опасности установки электроснабжения в предписанных ПУЭ случаях снабжают молниеотводами, причем в случае концентрированных объектов (подстанций, РУ и т.п.) применяют стержневые, а в случае протяженных объектов (прежде всего ВЛ) – тросовые молниеотводы (см. рисунок 31). У зданий молниеотводом может служить заземленная арматура железобетонных конструкций кровли, металлическое покрытие кровли и т.п. Так, здания закрытых подстанций и РУ обычно защищают от прямых ударов молнии в случаях, когда длительность грозовой деятельности превышает 20 ч в год, путем заземления кровли. Если конструкция кровли не позволяет применять такого заземления, то на крыше здания устанавливают стержневые молниеотводы.
ОРУ и подстанции защищают от прямых ударов молнии при номинальном напряжении от 20 кВ. Защиту выполняют стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми, как правило, на конструкциях РУ.
Подходы к подстанциям ВЛ 35 кВ и выше защищают тросовыми молнеотводами на длине 1-4 км в зависимости от напряжения и конструктивного исполнения линий. Линии 110 кВ и выше на железобетонных и металлических опорах защищают молниезащитными тросами по всей длине.
| 1 – молниеприемник; 2 – несущая конструкция; 3 – токопровод; 4 – заземлители. |
Рисунок 31 – Конструкции стержневого (а) и тросового молниеотводов (б)
Производственные, жилые и общественные здания и сооружения в зависимости от их значения, а также интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения выделены в категории по степени устройства молниезащиты.
Для промышленных предприятий и технологических объектов категория устройства молниезащиты и тип зоны защиты определяются из справочников.
Под зоной защиты молниеотвода понимают часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зоны защиты типа А, где степень надежности составляет 99,5% и выше, и зону защиты типа Б со степенью надежности 95% и выше.
Название молниеотвода определяется типом молниеприемника.
Стержневые молниеприемники изготовляют из прокатной стали различного профиля. Наиболее распространенным сортаментом стали являются прутки и водогазопроводные трубы.
В качестве тросового молниеприемника часто используют стальной оцинкованный спиральный канат марки ТК сечением 48,26 мм2.
Для устройства токоотводов применяют круглую сталь и стальной канат диаметром 5-6 мм или полосовую сталь прямоугольную и угловую с ечением 24 и 48 мм2. На металлических или железобетонных молниеотводах токоотводом может служить металлическая ферма или стальная арматура конструкции.
Несущие конструкции молниеотводов изготовляют из древесины, железобетона и металла. Деревянные конструкции отдельно стоящих молниеотводов используют в основном для защиты сельскохозяйственных объектов. Высота молниеотводов такого типа 8-20 м.
Несущие конструкции из железобетона применяют при тех же геометрических размерах защищаемых объектов, что и деревянные.
Металлические молниеотводы находят широкое применение при защите высоких, протяженных объектов, где требуемая высота молниеотвода составляет 20-30 м.
Наибольшая оптимальная высота несущих конструкций отдельно стоящих молниеотводов (тросов и стержневых) не превышает 45-50 м.
Заземляющее устройство молниезащиты выполняют аналогично заземляющим устройствам электроустановок. В ряде случаев эти устройства можно объединять.
Отличают заземлители, входящие в комплекс защиты от прямого удара молнии и заноса высоких потенциалов, от заземлителей, входящих в комплекс защиты от вторичных воздействий молнии.
В зависимости от особенностей конструкции защищаемого объекта и условий его размещения стержневые и тросовые молниеотводы разделяют на одиночные, двойные и многократные. В последнем случае число электродов составляет не менее трех и располагаются они не на одной прямой.
Тип, количество и взаимное расположение молниеотводов определяют геометрическую форму зоны защиты.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой менее 150 м представляет собой конус, вершина которого находится на высоте h 0 (см. рисунок 32). Горизонтальные сечения зон защиты на высоте защищаемого объекта hx и на уровне земли представляют собой окружности радиусами r 0 и rx соответственно.
Рисунок 32 – Зона защиты одиночного стержневого молниетовода
| 
Рисунок 33 – Зона защиты двойного стержневого молниетовода
|
Радиус зон защиты одиночных стержневых молниеотводов и высоту расположения h0 минимальной зоны определяют:
для зоны А
| (51) |
для зоны Б
| (52) |
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой менее 150 м приведена на рисунке 33. Торцевые области зон защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Параметры h0, r0, rx1, rx2 определяют по формулам (51) и (52).
Зоны защиты двойного молниеотвода имеют следующие размеры:
– для зоны А, которая имеет место при L ≤ 3h:
| при L ≤ h |  ;
| (53) | |
| при L > h | | (54) | |
,– для зоны Б, которая имеет место при L ≤ 5h:
| при L ≤ 1,5h | ;
| (55) | |
| при L > 1,5h | | (56) | |
.Если применяют молниеотводы разной высоты h1 и h2, но не менее 150 м, то зона защиты имеет вид, показанный на рисунке 34. Торцевые области зоны защиты определяют, как и в предыдущем случае. Параметры hc1 и hc2 определяют по (54) и (56), а параметры rc, hc и rcx из следующих выражений
 .
| (57) |
В случае выполнения молниезащиты многократным молниеотводом стержневого типа зону защиты определяют как зону защиты попарно взятых соседних молниеотводов (см. рисунок 35).
 Рисунок 34 – Зона защиты двухстержневого молниеотводов разной высоты
| 
Рисунок 35 – Зона защиты многократного молниеотвода
|
Условием защищенности объектов высотой hx с надежностью, соответствующей зонам защиты А и Б, является выполнение неравенства rcx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов; rcx определяют по (54) и (56).
Список литературы
1. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учебное пособие. – М.:ФОРУМ ИНФРА-М, 2006. – 480 с.
2. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений /Б.И. Кудрин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.
3. Киреева Э.А. Справочные материалы по электрооборудованию (цеховые электрические сети, электрические сети жилых и общественных зданий), 2004.
4. Киреева Э.А. и др. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. – М.: НТФ Энергопрогресс, Энергетик, 2003. – 120 с.
5. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учебное пособие для сред. проф. образования. – М., 2001. – 320 с.
6. Правила устройств электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2001. – 928 с.
7. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для проф. учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001. – 336 с: ил.
8. Миронов Ю.М., Миронова А.И. Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
9. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 464 с.
10. Справочник по проектированию электроснабжения Электроустановки промышленных предприятий. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 476 с.
11. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. – 4 изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
12. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: Электрооборудование / Под ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
13. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: Электроснабжение / Под ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
14. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 1986. – 400 с.
15. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Повышение эффективности электроснабжения электропечей. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 208 с.
16. Свенчанский А.Д. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок. – М.: Энергия, 1980.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 354.
