2. Краткая характеристика предприятия и электроприемников металлургического завода

На металлургическом заводе для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности. [4]

Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических печах можно получать очень высокие температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 – 2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 – 1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.

Кузнечно-штамповочные машины и прессы.

Сюда относятся машины, служащие для ковки и штамповки металлов в горячем и холодном виде в прессах, применяемых в производстве изделий из пластмасс, прессуемых в горячем виде.

Для производства мелких деталей в электропромышленности применяются электромагнитные прессы 0,5 – 2 тс; в них движение ползуна производится при помощи электромагнита постоянного тока, преодолевающего действие пружины, нормально поддерживающей ползун в поднятом положении. Питание электромагнита производится через полупроводниковый выпрямитель.

Кривошипные прессы холодной штамповки с усилием давления 16 – 4000 тс имеют мощность приводов 2 – 180 кВт; горячештамповочные – на 630 – 8000 тс – 28-500 кВт. Наиболее мощные прессы (гидравлические) работают от насосно-аккумуляторных станций при давлениях 200-450 кгс/см² . Сюда относятся гидравлические штамповочные прессы с усилием до 30000 тс, гидравлические ковочные прессы 1000-75000 тс. Мощности двигателей насосных станций гидропрессов составляют 250-1500 кВт, а суммарные мощности насосных станций достигают 10-12 МВт и более. Все приводы переменного тока 50 Гц, напряжением 380, 660, 6000 и 10000 В. Режим работы характеризуется чередованием х.х. с кратковременными толчками ударной нагрузки, вследствие чего часто применяют маховики и двигатели с повышенным скольжением. В некоторых случаях ковочные машины снабжаются установкой для эл. индукционного нагрева или подогрева обрабатываемого металла мощностью до 400-500 кВА. По степени бесперебойности кузнечно-штамповочные машины и прессы относятся ко 2 категории. Наиболее бесперебойного питания требуют мощные гидропрессы, обрабатывающие уникальные поковки – валы и роторы крупных генераторов, заготовки для которых разогреваются в специальных печах до ковочной температуры иногда в течение нескольких суток. Например, слиток массой 220 т для поковки колонны длиной 23 м, диаметром 900 мм, массой 145 т на прессе 10000 тс греется перед поковкой в течение 6 суток. Технологический процесс ковки и штамповки – устойчив, тяжелое оборудование имеет постоянное расположение.

Металлургический завод относится к потребителям особой категории, так как прекращение электропитания производства, даже на непродолжительный промежуток времени, невозможна.

3. Условия окружающей среды

Климатические условия для расчета ВЛ и должны приниматься в соответствии с картами климатического районирования России и региональными картами по скоростному напору ветра и толщине стенки гололеда. [7]

Значение высшей температуры воздуха принимается по данным фактических наблюдений, а низшей температуры – по данным повторяемости 1 раз в 5 лет.

Провода ВЛ следует рассчитывать для работы в нормальном режиме, исходя из различных климатических условий по ветровым и гололедным нагрузкам.

При расчете ВЛ необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. высшая температура, ветер и гололед отсутствуют;

2. низшая температура, ветер и гололед отсутствуют;

3. провода покрыты гололедом, температура -5°С, гололед отсутствует;

4. нормальный скоростной напор ветра q_max , температура -5°С, гололед отсутствует;

5. провода покрыты гололедом, температура -5°С, скоростной напор ветра 0,25q_max (скорость ветра 0,5V_max).

Определение расчетных климатических условий, интенсивности грозовой деятельности и пляски проводов для расчета и выбора конструкции ВЛ должны производиться на основании карт климатического районирования с уточнением по региональным картам и материалам многих наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов управлений гидрометеослужбы и энергосистем за скоростью ветра, интенсивностью гололедно-изморозевых отложений и температурой воздуха, грозовой деятельностью и пляской проводов в зоне трассы сооружаемой ВЛ.

При обработке данных наблюдений должно быть учтено влияние микроклиматических особенностей на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра в результате действия как природных условий (пересеченный рельеф местности, высота над уровнем моря, наличие больших озер и водохранилищ, степень залесенности и т. д.), так и существующих или проектируемых инженерных сооружений (плотины и водосбросы, пруды-охладители, полосы сплошной застройки и т. п.).

Скоростной напор ветра на конструкции опор определяется с учетом его возрастания по высоте. Для отдельных зон высотой не более 15 м значение поправочных коэффициентов следует принимать постоянным, определяя его по высоте средних точек соответствующих зон, отсчитываемой от отметки земли в месте установки опоры.

Для участков ВЛ, находящихся в местах с сильными ветрами (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, долины и ущелья, открытые для сильных ветров прибрежная полоса больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений максимальный скоростной напор следует увеличить на 40% (скорость ветра – на 18%) по сравнению с принятым для данного района.

Расчетные температуры воздуха принимают одинаковым для ВЛ всех напряжений по данным фактических наблюдений и округляются до значений, кратных пяти.

В отдельных районах территории, где отмечены повышенные скорости ветра при гололеде или где их можно ожидать, а также в районах, где возможно сочетание гололедно-изморозевых отложений нормативные значения гололеда должны быть приняты в соответствии с данными о фактически наблюдаемых размерах гололеда и скорости ветра при гололеде.

Расчет ВЛ по аварийному режиму работы необходимо производить для следующих сочетаний климатических условий:

1. среднегодовая температура t_э, ветер и гололед отсутствуют;

2. низшая температура t_min, ветер и гололед отсутствуют;

3. провода и тросы покрыты гололедом, температура -5°С, ветер отсутствует;

4. провода и тросы покрыты гололедом, температура -5°С, скоростной напор ветра 0,25q_max.

При расчете приближений токоведущих частей к элементам опор ВЛ и сооружений необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. при рабочем напряжении: максимальный нормативный скоростной напор ветра q_max, температура -5°С;

2. при грозовых и внутренних перенапряжениях: температура +15°С, скоростной напор ветра q=0,1q_max (V»0,3V_max), но не менее 6,25 даН/м²;

3. для обеспечения безопасного подъема на опору под напряжением: температура -15°С, ветер и гололед отсутствуют.

4. Расчёт электрических нагрузок

1. Расчёт силовой нагрузки

Величина мощности, месторасположение и вид электроприёмников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий. [2]

При проектировании обычно определяют три вида нагрузки:

1) среднюю за максимально загруженную смену Р_{др макс.} и среднегодовую Р_ср.г. Величина Р_{ср. макс.} необходима для определения расчётной активной нагрузки Р_р , а величина Р_ср.г.– для определения годовых потерь электроэнергии;

2) расчётную активную Р_р и реактивную Q_р. Эти величины необходимы для расчёта сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;

3) максимальную кратковременную (пусковой ток) I_п; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определе ния тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.

Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:

1) удельного расхода электроэнергии;

2) технологического графика работы электроприёмников;

3) статистический;

4) упорядоченных диаграмм;

5) по установленной мощности и коэффициенту спроса;

6) метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности.

Рассмотрим основные положения вышеперечисленных методов.

Метод удельного расхода электроэнергии. При использовании этого метода в качестве расчётной принимают фазную нагрузку наиболее загруженной смены работы Р_{ср.макс.}:

P_p=Р_{ср.макс}=М_см·Э_у·Т_см

где М_см - объём выпуска продукции за смену; Э_у - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; Т_см - продолжительность наиболее загруженной смены.

Метод технологического графика. Для групп электроприёмников автоматизированного или строго ритмичного поточного производства расчётную нагрузку определяют по общему графику нагрузки, строящемуся на основе технологического графика работы отдельных электроприёмников и соответствующих им мощностей.

Для группы электроприёмников нагрузку определяют по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки К_ф из следующих соотношений:

Р_р=К_фа·Р_см; Q_p=К_фр·Q_см; или Q_р=Р_р·tgφ

Следовательно, по данному методу расчётную нагрузку принимают равной среднеквадратичной, т.е.:

Р_р=Р_ск; Q_p=Q_ск.

Статистический метод. Принимая, что при расчётах нагрузок можно применять нормальный закон распределения, расчётную нагрузку определяют из уравнения

Р_р=Р_ср+β·σ_т,

где Р_ср - среднее значение (математическое ожидание) нагрузки за рассматриваемый интервал времени; β - принятая кратность меры расстояния (коэффициента надёжности расчёта); σ_т - среднее квадратичное отклонение нагрузки, осреднённой в интервале Т=0,5 ч. Если принять, что ожидаемая нагрузка с вероятностью 0,005 может превысить значение Р_р, то согласно интегральной кривой нормального распределения β = 2,5; если вероятность 0,025, то β = 2,0

Метод упорядоченных диаграмм. Этот метод является основным для определения расчётных нагрузок промышленных предприятий.

Р_р=К_м·Р_{ср.макс}=К_м·К_и·Р_ном,

где К_м - коэффициент максимума нагрузки; К_и - коэффициент использования данной группы n электроприёмников; Р_ном - номинальная мощность всех рассматриваемых электроприёмников n.

Значение К_м в зависимости от коэффициента использования эффективного числа электроприёмников (п_эф) можно найти по кривым К_м=f(К_и, п_эф) или по таблице.

Метод коэффициента спроса. Для определения расчётных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность Р_ном группы электроприёмников и коэффициенты мощности cosφ и спроса К_са данной группы, определяемые по справочным материалам.

Расчётную нагрузку группы однородных по режиму работы электроприёмников определяют по формулам

Р_р=К_са·Р_ном; Q_р=P_p·tgφ;

где tgφ соответствует cosφ данной группы электроприёмников, К_са=0,6-0,75.

Расчётную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащих группы приёмников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учётом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп

где и - суммы активных и реактивных нагрузок отдельных групп электроприёмников; К_рм - коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приёмников.

Значение К_рм можно приближённо принимать равным 0,85-1,0 в зависимости от количества групп электроприёмников.

Определение расчётной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является методом приближённого расчёта, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчётов и определения общезаводских нагрузок.

Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади применяют при проектировании универсальных сетей машиностроения, ткацкого производства и т.п., характеризующихся большим числом электроприёмников малой и средней мощности, равномерно распределённой по площади цеха. Универсальные сети выполняют магистральными шино-проводами и прокладывают с учётом возможных перемещений технологического оборудования.

Расчётную нагрузку группы приёмников определяют по формуле

завод осветительный нагрузка трансформатор

Р_р=Р_уд·F

где Р_уд - удельная расчётная мощность на 1 м² производственной площади, кВт/м²; F - площадь размещения приёмников группы, м².

Удельную нагрузку определяют по статическим данным. Значение её зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом и изменяется в пределах 0,06-0,6 кВт/м.

Рассматриваемый метод расчёта целесообразно применять для определения расчётной нагрузки на стадии проектного задания при технико-экономическом сравнении вариантов, а также для других ориентировочных расчётов, например, для расчёта нагрузок электроосвещения помещений.

Для определения расчетной нагрузки судоремонтного завода применим метод технологического графика. Для группы электроприемников нагрзку определяют по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки К_фа=1,1-1,2 из следующих соотношений:

Следовательно, по данному методу расчетную нагрузку принимают равной среднеквадратичной, т.е. Р_р=Р_ск.

Расчёт нагрузок произведём методом технологического графика:

Р_р=К_фа·Р_ном; Q_р=P_p·tgφ; ,

где tgφ выбирается для каждого цеха отдельно, К_фа - коэффициент формы графика нагрузки, принимается одинаковым для всего предприятия.

Расчет силовой нагрузки:

Цеха холодной прокатки №1, Рн=16130 кВт:

Р_р=К_фа·Р_ном=0,264·16130=4258,32 кВт

Q_р=P_p·tgφ=4258,32·0,88=3747,32 квар

кВ·А

На основании приведенных расчетов аналогично проводим расчет расчетной нагрузки остальных цехов. Результаты сводим в табл. 2.

Таблица 2 – Расчетные нагрузки по цехам (участкам) и заводу в целом

№ цеха	Установленная мощность Рн, кВт0,4/6/10 кВт			Категории потребителей	Метод расчёта	Расчетная мощность 0,4 кВ Ррас(0,4)/ Qрас(0,4) кВт/квар	Расчетная мощность 6-10 кВ Ррас(6)/ Qрас(6), кВт/квар
1	16130		5400	I	Метод технологического графика	4258,32/3747,32	1425,6/1254,53
2	7850			II		2072,4/1554,3
3	4690	22025	11740	I		1238,16/928,62	5814,6/4360,95	3099,4/1743,4
4	19540	5650	5950	I		5158,56/4539,53	1491,6/1312,61	1570,8/1382,3
5	9760		1730	I		2576,64/2267,44		456,7/401,91
6	10200	8920	1640	II		2692,8/1669,5	2354,88/1460,03	432,96/268,44
7	7710	700	8820	II		2035,44/1261,97	184,8/114,58	2328,5/1443,7
8	2170			II		572,88/504,13
9	160			III		42,24/37,17
10	3110			II		821,04/722,52
11	750			III		198/174,24
12	800			I		211,2/158,4
13	1920			I		506,88/380,16
14	_____			_____		_____	_____	_____
15	420			I		110,88/94,25
16	120			III		31,68/26,93
17	40			III		10,56/6,55
18	1280			II		337,92/253,44
19	80			I		21,12/15,84
20	250			I		66/58,08
21	350			II		92,4/57,29
22	480			III		126,72/111,51
23	230	3125		I		60,72/53,43	825/726
Р∑пр, кВт	88040/40420/35280					23242,56	12096,46	7888,36
Q∑пр, квар						18622,62	9228,7	5239,75
S∑пр, кВ∙А						29782,86	15214,9	9470,0