книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

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.

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

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.

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,