ДС.Ф.6.Электротехнологические установкиx (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСКЕ-КАМЧАТСКОМ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Электротехнологические установки»
специальность 140211.65 "Электроснабжение"
Форма подготовки очная/заочная
курс _5/6_семестр __9/__
лекции _18/4_ (час.)
практические занятия___18/2__час.
лабораторные работы___18/2__час.
всего часов аудиторной нагрузки__54/8__ (час.)
самостоятельная работа __53/99___ (час.)
контрольные работы (количество)
курсовой проект _________
курсовая работа _________
зачет __9 семестр / 6 курс
экзамен_________
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями
государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(214 тех/дс от 27.03.2000 г.).
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании Методической
комиссии _протокол № 10_от_«11» июня 2012_г.
Зам. председателя Методической комиссии Т.И. Горева
Составитель (ли): к.т.н., доцент Белов О.А.
2
АННОТАЦИЯ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Электротехнологические
установки» разработан для студентов 5 курса по специальности 140211.65
«Электроснабжение» в соответствие с требованиями ГОС ВПО 214 тех/дс от
27.03.2000 г.
Дисциплина «Электротехнологичесике установки» входит в цикл
дисциплин специализации.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 107 часов.
Учебным
планом
предусмотрены
лекционные
занятия
(18/4
часов),
практические занятия (18/2 часов), лабораторные работы (18/2 часов),
самостоятельная работа студента (53/99 часов).
Основной целью дисциплины «Электротехнологические установки»
является выработка понимания принципов работы, устройства и технических
характеристик
технический
электротехнологических
кругозор
молодых
установок,
специалистов
по
что
расширяет
использованию
электрической энергии в промышленности.
Учебно-методический комплекс включает в себя:
 рабочую программу дисциплины;
 контрольно-измерительные материалы (контрольные задания);
 список литературы (в том числе интернет-ресурсов).
3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСКЕ-КАМЧАТСКОМ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Электротехнологические установки»
специальность 140211.65 "Электроснабжение"
Форма подготовки очная/заочная
курс _5/6_семестр __9/__
лекции _18/4_ (час.)
практические занятия___18/2__час.
лабораторные работы___18/2__час.
всего часов аудиторной нагрузки__54/8__ (час.)
самостоятельная работа __53/99___ (час.)
контрольные работы (количество)
курсовой проект _________
курсовая работа _________
зачет __9 семестр / 6 курс
экзамен_________
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (214 тех/дс от
27.03.2000 г.).
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании Методической комиссии
_протокол № 10_от_«11» июня 2012_г.
Зам. председателя Методической комиссии Т.И. Горева
Составитель (ли): к.т.н., доцент Белов О.А.
4
АННОТАЦИЯ
Цели
дисциплины:
«Электротехнологические
принципов
работы,
Основной
установки»
устройства
целью
является
и
дисциплины
выработка
технических
понимания
характеристик
электротехнологических установок, что расширяет технический кругозор
молодых специалистов по использованию электрической энергии в
промышленности.
Техническое понимание электротермических процессов - уникальный
инструмент развития творческих, интеллектуальных способностей будущих
специалистов.
Курс
«Электротехнологические
установки»
как
самостоятельная
вузовская учебная дисциплина является достаточно новой дисциплиной.
Широкое
применение
моделирование
находит
в
исследованиях
элетротехнологических процессов, в сфере промышленности, энергетики. И
их
разработкой
занимаются
научно-исследовательские
центры,
академические институты и т.д.
Задачи дисциплины:
-развить
интеллектуальные
способности
студентов,
творческого
мышления с целью оптимизации существующих электротехнологических
процессов в промышленности, энергетике;
- привлечь студентов к разработке конкретных технологических
процессов в промышленности и в энергетике.
- обеспечить участие студентов в «практической», по отношению к вузу,
деятельности: оценке технических проектов, программ, готовящихся
отделами энергетических компаний.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- назначение и область применения электротехнологий;
5
- классификация,
принципы
работы
основных
типов
электротехнологических установок и их технические характеристики;
- экономия электроэнергии при эксплуатации ЭТУ, негативное
воздействие эксплуатации ЭТУ.
уметь:
- объяснить
принципы
работы
основных
типов
электротехнологических установок;
- знать классификацию и основные технические характеристики
установок.);
- читать и расшифровывать маркировку установок:
- проводить исследовательско - аналитическую деятельность,
направленную
на
энергосбережение
и
минимизацию
вредных
воздействий на экологию от эксплуатации электротехнологических
установок.
Содержание дисциплины
№
Наименование темы
Л
ПЗ
ЛЗ
1.
Основы электротехнологий.
1/1
1/1
1/1
2.
Электротермические установки
1/1
1/1
1/1
3.
Электрические печи сопротивлений.
1/1
1
1
4.
Тепловой расчет печей сопротивления.
1/1
1
1
5.
Методы измерения температур.
1
1
1
6.
Управляемые мощность печей сопротивления.
1
1
1
7.
Автоматизация электрических печей.
1
1
1
8.
Индукционные установки. Виды и устройства
питания
1
1
1
6
9.
Дуговые электротермические установки.
1
1
1
10. Специальные электрические печи.
1
1
1
11. Обеспечение безопасности эксплуатации ЭТУ .
1
1
1
12. Электрическая сварка. Флюсы и присадки
1
1
1
1
1
1
14. Электроконтактная сварка. Оборудование
1
1
1
15. Требования к источникам энергии для сварки.
1
1
1
16. Способы экономии энергии в ЭТУ.
1
1
1
17. Способы снижения негативного влияния на
экологию при эксплуатации ЭТУ.
ИТОГО
2
2
2
18/4
18/2
18/2
13. Электродуговая сварка. Виды и способы
Тема 1. Основы электротехнологий. -1 час/1 час
Назначение,
классификация
и
состав
электротехнологических
установок.
Тема 2. Электротермические установки. -1 час/1 час
Процессы протекающие в электротермических установках, основные
параметры установок и их зависимости.
Тема 3. Электрические печи сопротивления. - -1 час/1 час
Область
применения,
физические
основы
эксплуатации
печей,
технические характеристики и маркировка установок.
Тема 4. Тепловой расчет печей сопротивления. - -1 час/1 час
Методика
расчета
основных
характеристик
печей.
Создание
математической модели печи сопротивления.
Тема 5. Управление мощностью печей сопротивления. - -1 час
7
Способы
мощностью.
управления
мощностью
Аппаратура,
установок.
применяемая
для
Схемы
управления
управления
мощностью
установки. Понятие о энергосбережении при эксплуатации печи.
Тема 6. Методы измерения температур. - -1 час
Принцип измерения температур. Способы измерения температур на
дистанции. Элементная база приборов для дистанционного измерения
температур.
Тема 7. Дуговые электротермические установки. - -1 час
Назначение,
классификация
электротермических
установок.
и
область
Принципы
применения
работы
и
дуговых
технические
характеристики установок.
Тема 8. Специальные электрические печи. - -1 час
Назначение, классификация и области применения специальных
электрических печей. Принципы работы и технические характеристики
данных печей. Маркировка специальных электрических печей.
Тема 9. Обеспечение безопасности эксплуатации ЭТУ. - -1 час
Основные
требования
электротехнологических
техники
установок.
безопасности
Система
при
эксплуатации
организационных
и
технических мероприятий по обеспечению техники безопасности.
Тема 10 . Электрическая сварка. - -1 час
Общие сведения о электрической сварке, терминология. Назначение,
классификация, область применения. Основные физические процессы,
лежащие в основе электрической сварки
Тема 11. Электродуговая сварка. -1 час
8
Назначение, классификация и область применения. Принципы работы и
технические характеристики основных типов установок. Маркировка
установок.
Тема 12. Электроконтактная сварка. -1 час
Назначение, классификация и область применения электроконтактной
сварки.Основные физические закономерности, лежащие в основе принципа
работы.Понятие о энергосбережения при производстве электроконтактной
сварки.
Тема 13. Требования к источникам энергии для сварки. -1 час
Назначение, классификация источников энергии для сварки. Способы
электрической сварки. Основные требования к источникам энергии для
электрической сварки.
Тема 14. Способы экономии энергии при эксплуатации ЭТУ-1 час.
Необходимость экономии энергии при эксплуатации ЭТУ. Способы
снижения потребления энергии при эксплуатации ЭТУ.
Тема 15. Способы снижения негативного влияния на экологию при
эксплуатации ЭТУ. -1 час
Роль и место экологического мониторинга при эксплуатации ЭТУ.
Способы и методы снижения негативного влияния на экологию.
Тема 16. Автоматизация работы электрических печей. --1 час
История автоматизации электротехнологических установок. Основные
схемы автоматизации, их состав и принцип их работы.
Тема 17. Индукционные установки. - 2 часа.
9
Назначение, классификация и область применения установок. Основные
физические законы, лежащие в основе работы установок, основные
технические характеристики и маркировка установок.
Лабораторный практикум
№
п/п
Наименование компьютерных лабораторных работ
1. Исследование характеристик линейного асинхронного
двигателя
2. Исследование установки индукционного нагрева
цилинд-рической заготовки (№17)
3. Исследование характеристик линейного
индукционного насоса (в электродинамическом
приближении) (№18)
4. Исследование характеристик магнито-импульсного
уст-ройства
5. Исследование характеристик линейного
индукционного миксера-автоклава
Разделы
3
3
6,7
3
6,7
Практические занятия
№
п/п
Тематика практических занятий
Разделы
1. Анализ МДС ЭТУ
2. Расчет характеристик ЛИМ на основе Т-образной схемы
замещения
3. Расчет токов и температур ЭТУ
4. Расчет параметров схем замещения ИТП
5. Применение ЭВМ в физическом эксперименте
3,4
3,4
6,7
5,6
8
Вопросы к зачету
1. Назначение, классификация и область применения электрических
печей косвенного нагрева.
2. Назначение, классификация и область применения электрических
печей индукционного нагрева.
3. Назначение, классификация и область применения электрических
печей инфракрасного нагрева.
4. Основы теплового расчета промышленных электропечей.
10
5. Назначение, классификация и область применения вакуумных
электропечей.
6.
Назначение, классификация и область применения плазменных
электропечей
7. Назначение,
классификация
и
область
применения
электроконтактной сварки.
8. Назначение, классификация и область применения тигильных
электропечей.
9. Назначение, классификация и область применения электропечей
дугового нагрева.
10. Маркировка промышленных электропечей и их характеристики.
11. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
12. Назначение, классификация и область применения ручной дуговой
электросварки.
13. Назначение, классификация и область применения источников
питания сварочной дуги.
14. Термометры сопротивления. Общие сведения.
15. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
16. Назначение, классификация и область применения сварочных
трансформаторов.
17. Назначение, классификация и область применения сварочных
генераторов.
18. Назначение, классификация и область применения сварочных
выпрямителей.
19. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электрошлаковой электросварки.
20. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электроконтактной электросварки.
11
21. Назначение, классификация и область применения аппаратов
стыковой электросварки.
22. Назначение, классификация и область применения аппаратов
точечной электросварки.
23. Назначение, классификация и область применения аппаратов
роликовой (шовной) электросварки.
24. Конструкция и маркировка камерных электропечей.
25. Конструкция и маркировка тигильных электропечей.
26. Конструкция и маркировка индукционных электропечей.
27. Конструкция и маркировка дуговых электропечей.
28. Конструкция и маркировка плазменных электропечей.
29. Конструкция и маркировка вакуумных электропечей.
30. Назначение, классификация и область применения электрических
печей прямого нагрева.
31. Назначение, классификация и область применения электрических
печей косвенного нагрева.
32. Назначение, классификация и область применения электрических
печей индукционного нагрева.
33. Назначение, классификация и область применения электрических
печей инфракрасного нагрева.
34. Основы теплового расчета промышленных электропечей.
35. Назначение, классификация и область применения вакуумных
электропечей.
36. Назначение, классификация и область применения плазменных
электропечей
37. Назначение,
классификация
и
область
применения
электроконтактной сварки.
38. Назначение, классификация и область применения тигильных
электропечей.
12
39. Назначение, классификация и область применения электропечей
дугового нагрева.
40. Маркировка промышленных электропечей и их характеристики.
41. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
42. Назначение, классификация и область применения ручной дуговой
электросварки.
43. Назначение, классификация и область применения источников
питания сварочной дуги.
44. Термометры сопротивления. Общие сведения.
45. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
46. Назначение, классификация и область применения сварочных
трансформаторов.
47. Назначение, классификация и область применения сварочных
генераторов.
48. Назначение, классификация и область применения сварочных
выпрямителей.
49. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электрошлаковой электросварки.
50. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электроконтактной электросварки.
51. Назначение, классификация и область применения аппаратов
стыковой электросварки.
52. Назначение, классификация и область применения аппаратов
точечной электросварки.
53. Назначение, классификация и область применения аппаратов
роликовой (шовной) электросварки.
54. Конструкция и маркировка камерных электропечей.
55. Конструкция и маркировка тигильных электропечей.
13
56. Конструкция и маркировка индукционных электропечей.
57. Конструкция и маркировка дуговых электропечей.
58. Конструкция и маркировка плазменных электропечей.
59. Конструкция и маркировка вакуумных электропечей.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Суворин, А. В. Электротехнологические установки : учеб. пособие /
А. В. Суворин. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. - 376 с.
2. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его
эффективности – М.Энергоатомиздат, 2007. – 250 с.
3. Плетнев
Г.П.
Автоматическое
управление
и
защита
теплоэнергетических установок электростанции. М. Энергоатомиздат.2006. –
125 с.
4. http://window.edu.ru/resource/490/28490 Сокунов Б.А., Гробова Л.С.
Электротермические установки: Учебное пособие. - Екатеринбург: ГОУ ВПО
УГТУ-УПИ, 2004. - 122 с.
5. http://window.edu.ru/resource/149/65149 Магазинник Л.Т., Пестов С.
М., Ребровская Д. А., Калабановский И. А. Электротехнологические
установки: Методические указания к выполнению лабораторных работ для
студентов специальности 14021165 "Электроснабжение". - Ульяновск:
УлГТУ, 2009. - 61 с.
6. http://window.edu.ru/resource/489/28489
Сарапулов Ф.Н., Сарапулов
С.Ф., Томашевский Д.Н. и др. Электротехнологическая виртуальная
лаборатория: Учебное пособие / Под общ. ред. проф. Ф.Н. Сарапулова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. - 233 с.
Дополнительная литература
1. Свечанский А.Д. Электрические промышленные печи. М., Энергия,
2006. – 120 с.
14
2. Швецов М.С., Бородачев А.С. Развитие электротермической техники.
М. Энергоатомиздат.2005. – 200 с.
15
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСКЕ-КАМЧАТСКОМ
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине «Электротехнологические установки»
специальность 140211.65 «Электроснабжение»
г. Петропавловск-Камчатский
2012
16
Тест по дисциплине «Электротехнологические установки»
1. Какой метод расчета используется для определения силовых
низковольтных нагрузок?
1. - Метод упорядоченных диаграмм.
2. - Метод коэффициента спроса.
3. - Метод удельной плотности нагрузок.
4. - Метод удельного энергопотребления на единицу выпускаемой
продукции.
2. Какой метод расчета используется для определения силовых
высоковольтных нагрузок?
1. - Метод упорядоченных диаграмм.
2. - Метод коэффициента спроса.
3. - Метод удельной плотности нагрузок.
4. - Статистический метод.
3. В каком случае метод удельной плотности нагрузок возможно
использовать для инженерно-технических расчетов?
1. - При равномерном распределении электрических нагрузок по
площади цеха.
2. - При определении расчетных электрических нагрузок цеха.
3. - При определении расчетной нагрузки электроприемника.
4. - При концентрации электрических нагрузок на определенной
территории цеха.
4.В каком случае метод коэффициента спроса возможно
использовать для инженерно-технических расчетов?
1. - При определении электрической нагрузки одного электроприемника.
17
2. - При определении электрических нагрузок группы
электроприемников.
3. - При определении электрических нагрузок цеха и более крупных
узлов.
4. - При определении средних электрических нагрузок за максимально
загруженную смену.
5. Как намечаются варианты сравнения для выбора напряжения
внешнего электроснабжения промышленных предприятий по минимуму
годовых приведенных затрат?
1. - Определяется рациональное нестандартное напряжение Uэк
=
𝟏𝟎𝟎𝟎
√𝟓𝟎𝟎𝑳+𝟐𝟓𝟎𝟎/Р
и принимается вариант с ближайшим большим
значением номинального напряжения.
2. - Определяется рациональное нестандартное напряжение Uэк и
принимаются ближайшие меньшее и большее значения номинального
напряжения (2 варианта).
3. - Определяется рациональное стандартное напряжение Uэк и
принимаются следующие варианты: напряжение равное Uэк,
напряжение на ступень меньшее Uэк и - на ступень большее Uэк (3
варианта).
4. - Учитывая перспективы роста электрических нагрузок на
предприятии, принимается наибольшее номинальное напряжение,
имеющееся на РПС.
4. От чего зависит количество силовых трансформаторов,
устанавливаемых на ГПП (ПГВ)?
1. - От стоимости трансформаторов.
2. - От годовых эксплуатационных затрат на трансформаторы.
3. - От приведенных годовых затрат на трансформаторы.
18
4. - От категории питающихся электроприемников по бесперебойности
электроснабжения.
5. От чего зависит использование одноцепных или двухцепных
линий при прокладке ВЛ питающей сети?
1. - От категории питающихся электроприемников по бесперебойности
электроснабжения и района по толщине стенки гололеда.
2. - От величины годовых эксплуатационных затрат на ВЛ.
3. - От рельефа местности, по которой прокладывается ВЛ.
4. - От стоимости прокладки ВЛ.
6. Какая охранная зона требуется для прокладки ВЛ 35-220 кВ по
территории промышленного предприятия?
1. - 0,5 - 1,5 м.
2. - 3 - 5 м.
3. - 15 - 25 м.
4. - 50 - 100 м.
7. Допускается ли прокладка ВЛ 35-220 кВ над промышленными
зданиями и сооружениями?
1. - Не допускается.
2. - Допускается без ограничения.
3. - Допускается на высоте 8 - 10 м над зданиями.
4. - Допускается на высоте 2 - 5 м над производственными зданиями из
несгораемых материалов.
8. Каким условиям соответствует коэффициент допустимой
перегрузки трансформаторов в послеаварийном режиме равный 1,4?
1. - Работа не более 5 часов в течение не более суток при
предшествующем режиме.
Кз ≤ 0, 𝟖 в
19
2. - Работа не более 6 часов в течение не более 5 суток при Кз ≤ 𝟎, 𝟗𝟑 в
предшествующем режиме.
3. - Работе не более 4 часов в сутки.
4. - Работе в течение суток при Кз ≤ 𝟎, 𝟖𝟓 в предшествующем режиме.
9. Как определяются годовые потери активной электроэнергии в
магнитопроводе силового трансформатора ГПП?
1. - За годовое число часов использования максимальной нагрузки.
2. - За годовое число часов максимальных потерь.
3. - За 6 часов в течение 5 суток.
4. - За годовое число часов (включение в сеть).
10. Как определяются годовые потери активной электроэнергии в
обмотках силового трансформатора?
1. - За годовое число часов.
2. - За время включения трансформатора в течение года.
3. - За годовое число часов максимальных потерь.
4. - За годовое число часов использования максимальной нагрузки.
11. Как по Fэ и нестандартному определить Fэ стандартное?
1. - Принимаем ближайшее стандартное сечение.
2. - Принимаем ближайшее меньшее стандартное сечение.
3. - Принимаем большее стандартное сечение.
4. - Принимаем стандартное сечение исходя из соотношения Iр<Iдоп
12. От каких факторов зависит величина јэ ?
1. - От материала проводника, района энергосистемы и Тм.
2. - От класса изоляции проводника, климатической зоны и Тв .
3. - От марки проводника, района по толщине стенки гололеда и Тг.
4. - От класса изоляции проводника, зоны загрязнения и t.
20
13 Как следует размещать ГРП на генплане промышленного
предприятия по СН 174-75?
1. - Как можно ближе к ЦЭНа предприятия.
2. - На свободном от зданий и сооружений месте.
3. - Смещать от ЦЭНа предприятия в сторону источника питания до
начала зоны обслуживания ГРП.
4. - Встраивая в здание.
14. Как следует размещать ГПП на генплане промышленного
предприятия по СН 174-75?
1. - На свободном от зданий и сооружений месте.
2. - Смещать от ЦЭНа предприятия в сторону источника питания.
3. - Встраивать в здание.
4. - Как можно ближе к ЦЭНа предприятия.
15. Когда в упрощенной схеме ГПП не устанавливается
короткозамыкатель?
1. - При использовании ТОИ.
2. - При использовании выключателя.
3. - При использовании отделителя.
4. - При использовании разъединителя.
16. Когда в схеме ГПП не устанавливаются разрядники на первичном
напряжении?
1. - При установке молниеотводов.
2. - При питании ГПП кабельными линиями.
3. - При наличие ДТЗ трансформаторов.
4. - При установке разрядников в нейтрали трансформаторов.
21
17. От чего зависит величина нормативного коэффициента загрузки
силового трансформатора по СН 174-75?
1. - От величины подключенной нагрузки.
2. - От перегрузки в послеаварийном режиме.
3. - От категории электроприемников по бесперебойности снабжения
электроэнергией.
4. - От схемы подключения трансформатора.
18. Каковы особенности сооружения ГПП в зоне II-й степени
загрязнения?
1. - Открытые, без особенностей.
2. - Открытые, с усиленной изоляцией аппаратов и трансформаторов.
3. - Только закрытые.
4. - Открытые, с простыми схемами, с целью уменьшения числа
аппаратов и изоляторов.
19. Каковы особенности сооружения ГПП в зоне III-й степени
загрязнения?
1. - Открытые, без особенностей.
2. - Открытые, с усиленной изоляцией аппаратов и трансформаторов.
3. - Только закрытые.
4. - Открытые, с простыми схемами, с целью уменьшения числа
аппаратов и изоляторов.
20. Что учитывает коэффициент Кр.м. , используемый при
определении нагрузки в узле СЭС?
1. - Смещение максимумов электрической нагрузки цехов во времени.
2. - Потребление активной мощности из сети при выработке 1 квар
реактивной мощности.
3. - Соблюдение баланса реактивной мощности в узле нагрузки.
4. - Соотношение активной и реактивной мощностей в узле нагрузки.
22
21. В каких случаях при выборе напряжения внутреннего
электроснабжения промышленных предприятий рассматривается
вариант с Uн=6кВ ?
1. - При наличии значительной доли электроприемников питания
Uн=6кВ.
2. - В любом случае.
3. - При наличии электроприемников с Uн=6кВ.
4. - Не рассматривается.
22.Как определяется мощность цеховых трансформаторов?
1. - По удельной полной мощности на единицу площади цеха.
2. - По расчетной активной мощности.
3. - По пиковой активной мощности.
4. - По среднеквадратичной полной мощности.
23.От чего зависит выбор числа трансформаторов,
устанавливаемых в цеховых КТП?
1. - От категории пожароопасности помещения.
2. - От категории электроприемников по бесперебойности
электроснабжения.
3. - От площади помещения, незанятой технологическим
оборудованием.
4. - От категории взрывоопасности помещения.
24. Когда на первичном напряжении цеховых КТП устанавливаются
предохранитель и выключатель нагрузки?
1. - При мощности трансформаторов 630 кВА и ниже.
2. - При мощности трансформаторов 1000 - 2500 кВА.
3. - При питании по радиальной кабельной линии.
23
4. - При питании по радиальной воздушной линии.
25. Когда на первичном напряжении цеховых КТП не
устанавливается никакая электроаппаратура (глухой ввод)?
1. - При мощности трансформаторов 630 кВА и ниже.
2. - При мощности трансформаторов 1000 - 2500 кВА.
3. - При питании по радиальной кабельной линии.
4. - При питании по радиальной воздушной линии.
26. Когда на первичном напряжении цеховых КТП
устанавливаются предохранитель и разъединитель?
1. - При мощности трансформаторов 630 кВА и ниже.
2. - При мощности трансформаторов 1000 - 2500 кВА.
3. - При питании по радиальной кабельной линии.
4. - При питании по радиальной воздушной линии.
27. Как размещаются трансформаторы цеховых КТП, если среда
цеха взрывоопасная?
1. - Внутри здания.
2. - Встроенными в здание.
3. - Пристроенными к зданию.
4. - Отдельностоящими от здания.
28. Как размещаются трансформаторы цеховых КТП, если их
мощность равна 2500 кВА?
1. - Внутри здания.
2. - Встроенными в здание.
3. - Пристроенными к зданию.
4. - Отдельностоящими от здания.
24
29. Как размещаются трансформаторы цеховых КТП, если их
мощность равна 1600 кВА?
1. - Внутри здания.
2. - Встроенными в здание.
3. - Пристроенными к зданию.
4. - Отдельностоящими от здания.
30. Как размещаются трансформаторы цеховых КТП, если их
мощность равна 1000 кВА и ниже?
1. - Внутри здания.
2. - Встроенными в здание.
3. - Пристроенными к зданию.
4. - Отдельностоящими от здания.
31. Сколько цеховых трансформаторов мощностью 1000 - 2500 кВА
можно подключать к одной магистральной линии?
1. - 4 - 5.
2. - 3 - 4.
3. - 2 - 3.
4. - 1 - 2.
32. Сколько цеховых трансформаторов мощностью 630 кВА и ниже
можно подключать к одной магистральной линии?
1. - 4 - 5.
2. - 3 - 4.
3. - 2 - 3.
4. - 1 - 2.
33. Как выбирается число цеховых БК?
1. - Должно быть максимально возможным.
25
2. - Должно быть минимально возможным.
3. - Должно быть кратным числу цеховых трансформаторов.
4. - Должно быть кратным числу цеховых КТП.
34. Сколько кабельных линий можно прокладывать в одной
земляной траншее?
1. - 1 - 6.
2. - 1 - 8.
3. - 1 - 10.
4. - 1 - 12.
35. К1*К2*Кп≥ Iрмах . От чего зависит величина Кп в
послеаварийном режиме?
1. - От марки и количества кабелей, проложенных в траншее.
2. - От среднегодовой температуры и коэффициента загрузки в рабочем
режиме.
3. - От класса изоляции и времени перегрузки.
4. - От марки кабеля, времени перегрузки и коэффициента загрузки в
рабочем режиме.
36.Какой метод расчета используется для определения величины
токов короткого замыкания в сети 10 кВ?
1. - Относительных единиц.
2. - Поименованных единиц.
3. - Наложения.
4. - Несимметричных составляющих.
37. В каком месте СЭС предприятия при расчете токов КЗ
необходимо учитывать подпитку от СД при их подключении к секциям
шин 6 - 10 кВ ГПП?
26
1. - В питающей сети предприятия 35 - 220 кВ.
2. - В распределительной сети предприятия 6 - 10 кВ.
3. - В цеховой сети 0,38 кВ.
4. - Во всех точках электросети предприятия.
38. Что дает расщепление вторичных обмоток трансформаторов
ГПП?
1. - Улучшение рабочих характеристик трансформатора.
2. - Снижение величины токов КЗ.
3. - Снижение потерь напряжения.
4. - Увеличение годовых приведенных затрат на ГПП.
39. Какое число типоразмеров цеховых трансформаторов
рекомендуется использовать при проектировании систем внутреннего
электроснабжения промышленных предприятий?
1. - 5 - 6.
2. - 3 - 4.
3. - 2 - 3.
4. - 1 - 2.
40. По какому времени проводится проверка сечений кабельных
линий по термической стойкости?
1. - По приведенному времени протекания тока КЗ.
2. - По фактическому времени протекания тока КЗ.
3. - По эффективному времени протекания тока КЗ.
4. - По времени максимума нагрузок.
41. По каким основным условиям выбирают трансформатор
напряжения?
1. - По напряжению, конструкции и соединению обмоток, вторичной
нагрузке в данном классе точности.
27
2. - По току, конструкции, классу точности.
3. - По току, напряжению, соединению обмоток.
4. - По вторичной нагрузке, конструкции и соединению обмоток.
42. Каковы особенности сооружения ГПП в зоне I-й степени
загрязнения?
1. - Открытые, без особенностей.
2. - Открытые, с усиленной изоляцией аппаратов и трансформаторов.
3. - Только закрытые.
4. - Открытые, с простыми схемами, с целью уменьшения числа
аппаратов и изоляторов.
Вопросы к зачету
1.
Назначение, классификация и область применения электрических
печей косвенного нагрева.
2.
Назначение, классификация и область применения электрических
печей индукционного нагрева.
3.
Назначение, классификация и область применения электрических
печей инфракрасного нагрева.
4.
Основы теплового расчета промышленных электропечей.
5.
Назначение, классификация и область применения вакуумных
электропечей.
6.
Назначение, классификация и область применения плазменных
электропечей
7.
Назначение,
классификация
и
область
применения
электроконтактной сварки.
8.
Назначение, классификация и область применения тигильных
электропечей.
28
9.
Назначение, классификация и область применения электропечей
дугового нагрева.
10. Маркировка промышленных электропечей и их характеристики.
11. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
12. Назначение, классификация и область применения ручной дуговой
электросварки.
13. Назначение, классификация и область применения источников
питания сварочной дуги.
14. Термометры сопротивления. Общие сведения.
15. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
16. Назначение, классификация и область применения сварочных
трансформаторов.
17. Назначение, классификация и область применения сварочных
генераторов.
18. Назначение, классификация и область применения сварочных
выпрямителей.
19. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электрошлаковой электросварки.
20. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электроконтактной электросварки.
21. Назначение, классификация и область применения аппаратов
стыковой электросварки.
22. Назначение, классификация и область применения аппаратов
точечной электросварки.
23. Назначение, классификация и область применения аппаратов
роликовой (шовной) электросварки.
24. Конструкция и маркировка камерных электропечей.
25. Конструкция и маркировка тигильных электропечей.
29
26. Конструкция и маркировка индукционных электропечей.
27. Конструкция и маркировка дуговых электропечей.
28. Конструкция и маркировка плазменных электропечей.
29. Конструкция и маркировка вакуумных электропечей.
30. Назначение, классификация и область применения электрических
печей прямого нагрева.
31. Назначение, классификация и область применения электрических
печей косвенного нагрева.
32. Назначение, классификация и область применения электрических
печей индукционного нагрева.
33. Назначение, классификация и область применения электрических
печей инфракрасного нагрева.
34. Основы теплового расчета промышленных электропечей.
35. Назначение, классификация и область применения вакуумных
электропечей.
36.
Назначение, классификация и область применения плазменных
электропечей
37. Назначение,
классификация
и
область
применения
электроконтактной сварки.
38. Назначение, классификация и область применения тигильных
электропечей.
39. Назначение, классификация и область применения электропечей
дугового нагрева.
40. Маркировка промышленных электропечей и их характеристики.
41. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
42. Назначение, классификация и область применения ручной дуговой
электросварки.
43. Назначение, классификация и область применения источников
питания сварочной дуги.
30
44. Термометры сопротивления. Общие сведения.
45. Назначение, классификация и область применения автоматической
дуговой электросварки.
46. Назначение, классификация и область применения сварочных
трансформаторов.
47. Назначение, классификация и область применения сварочных
генераторов.
48. Назначение, классификация и область применения сварочных
выпрямителей.
49. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электрошлаковой электросварки.
50. Назначение, классификация и область применения аппаратов
электроконтактной электросварки.
51. Назначение, классификация и область применения аппаратов
стыковой электросварки.
52. Назначение, классификация и область применения аппаратов
точечной электросварки.
53. Назначение, классификация и область применения аппаратов
роликовой (шовной) электросварки.
54. Конструкция и маркировка камерных электропечей.
55. Конструкция и маркировка тигильных электропечей.
56. Конструкция и маркировка индукционных электропечей.
57. Конструкция и маркировка дуговых электропечей.
58. Конструкция и маркировка плазменных электропечей.
59. Конструкция и маркировка вакуумных электропечей.
31
Контрольная работа №1
«Электрооборудование печей сопротивления»
Для трехфазной печи сопротивления выбрать материал нагревателя и
определить конструктивные размеры нагревателя.
Исходные данные
Рабочая
ОтносиНапряНагреСхема
темпеКонструкция тельные
Мощность
жение
ваемый соединения
ратура
нагревателя витковые
печи, кВт
сети,
металл нагревателей
в печи,
расстояния
В
о
С
Ленточный
2,0
сталь
54
700
380

зигзаг
Решение:
1) По рабочей температуре в печи (максимальная температура нагрева
изделия Qизд) выбирается материал нагревательного элемента. Рабочая
температура нагревателя принимается на 50÷200оС выше температуры
изделия
Qизд  (50  200)  Q раб.пред
750  900  Q раб.пред
Выбираем материал нагревательного элемента нихром.
2) Для выбранного материала с учетом его рабочей температуры и
температуры изделия по рис.6 определяется удельная поверхностная
мощность идеального нагревателя, ωид.
ид  3 104 Вт / м 2
3) Для заданной конструкции рассчитываем реальную удельную
поверхностную мощность, ω.
   уд  Fэф / Fн   c  ид   эф   Г   c
где αэф = 0,4– коэффициент эффективности излучения нагревателя
“ ленточный зигзаг ” при минимальных относительных витковых
расстояниях; αг = 1,55– коэффициент шага, учитывающий влияние на ω
относительных витковых расстояний; Спр – приведенный коэффициент
излучения изделия.
С пр 
5,7
1 /  изд  1 /  н
1

5,7
1 / 0,8  1 / 0,8
1
 2,78 Вт /( м 2  К 4 )
где  н ,  изд - коэффициенты теплового излучения материала нагревателя и
изделия (сталь – 0,8; нихром – 0,8).
2
4
c  0,26  Спр  0,26  2,78  0,723 Вт / м К 
тогда
  ид   эф   Г   c  3 10 4  0,4 1,55  0,723  1,35 10 4 Вт / м 2
32
4) Определяем основные размеры нагревателей.
Для нагревателей прямоугольного сечения задаются соотношением сторон
сечения В/а=m=10
а3
  P2
2  т  т  1  U 2  
3
1,5 10  6  (18 103 ) 2
2 10  10  1  3802 1,35 10 4
 1,043 мм
где  - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя при
6
рабочей температуре 0м∙м 1,510 Ом∙м;
Р=54/3=18 кВт - мощность одной фазоветви;
U=380В - напряжение на нагревателе данной фазы;
ω - удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/м2.
Выбирается стандартное ближайшее сечение нагревателя 1х10, из
следующей шкалы, мм,
1х10; 1,5х15; 2,0х15; 2,2х20; 2,5х20; 3,0х20; 2,2х25; 2,5х25; 3,0х35;
2,2х30; 2,5x30; 3,0х30; 2,2х36; 2,5х36; 3,0х36; 2,2х40; 2,5х40; 3,0х40.
5) Рассчитываем активное сопротивление нагревателя и вес нагревателя для
всей печи:
U2
3802
R

 8,022 Ом
P 18 103
U
380
I 
 47,37 А
R 8,022
l  n
RS

 3
8,022 10 10  6
1,5 10  6
 160,44 м
где n - количество фазоветвей
S  B  a  10 106 м
G  S  l    10 10  6 160,44  7,8 103  12,514 кг
где γ - плотность материала нагревателя (нихром), γ = 7800 кг/м3,
5) Уточняем значение удельной поверхностной мощности:

P
P
54 103


 1,53 10 4 Вт/м2

3
F 2  В  а   l 2  1  10 160,44 10
Сравнивая со значением, положенным в основу расчета, можно
сделать заключение о наличии незначительного расхождения. Основные
характеристики нагревателя и печи сведены в таблицы 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1
Характеристика нагревательного элемента
Для одной
ωисходн
фазоветви
Материал,
а*В
ωуточн.
конструкция
мм
P,
U,
I,
Вт/м2 104
кВт
В
A
l,
G,
м
Кг
33
Нихром,
Ленточный зигзаг
18
380
47,37
1,35,
1,53
1х10
160,44
12,514
Таблица 1.2
P,
кВт
Характеристика печи как потребителя электроэнергии
Схема
Ток
Ток
U,
Количество
соединения
фазы,
линейный,
В
фазоветвей
нагревателей
А
А
54
380

3
47,37
82,05
Контрольная работа №2
«Электрические дуговые печи»
В ходе выполнения работы необходимо построить круговую диаграмму,
рабочие и электрические характеристики дуговой печи. Определить
возможные и оптимальные режимы работы печи. Рассчитать изменение
активного и индуктивного сопротивления двух индуктивно связанных
электрических цепей в результате действия эффекта переноса мощности.
Исходные данные
Вторичное
напряжение
трансформатора,
U,В
269,8
Среднее активное
сопротивление схемы
замещения (из опыта 3-х
фазного к.з.), R , мОм
0,9
Мощность
тепловых
потерь, PТП ,
кВт
520
Среднее индуктивное
сопротивление схемы
замещения (из опыта 3х фазного к.з.), X , мОм
4,2
Для определения возможных и оптимальных режимов работы печи
необходимо рассчитать и построить круговую диаграмму, рабочие и
электрические характеристики печи.
1. Построение круговой диаграммы
1.1. Построение схемы замещения реальной трехфазной схемы
электроснабжения ДСП. Расчет фазного напряжения. Схема замещения
(рис 2.1), правомерна только при наличии следующих допущений:
- ДСП является симметричной трехфазной нагрузкой в системе
электроснабжения, поэтому достаточно рассмотреть одну из фаз в сети;
34
- все сопротивления (активные и реактивные)
элементов схемы электроснабжения: кабельной
линии (КЛ), трансформатора (Т), «короткой сети»
(КС) постоянны и не зависят от силы тока. Только
сопротивление дуги ( Rд ) может произвольно
изменяться в зависимости от длины.
Фазное напряжение на вторичной обмотке
Рисунок 2.1 – Схема
трансформатора:
замещения
U 269,8
U2 

 156
3
3
1.2. Определение тока К.З.
При К.З. сопротивление дуги равно нулю (электрод отпущен в
металлическую ванну), поэтому согласно закона Ома:
I 2k 
U2
2
R X
2

156

(0,9 10 3 ) 2  4,2 10

3 2
 36318,38 А
1.3. Построение треугольника напряжения при коротком замыкании (рис.
2.2).
Индуктивное
падение
напряжения
ОА I 2k  X  36318,38  4,2 103  152,54 В
Активное падение напряжения АВ I 2k  R  36318,38  0,9 103  32,7 В.
Угол  k - сдвиг фаз и напряжения печи при коротком замыкании.
Фазное напряжение ОB  U 2 .
Таким образом и при всех других режимах, сумма всех активных и
индуктивных падений напряжения в схеме равна U 2 , то вершина вектора
ОB лежит на окружности.
Так как индуктивное сопротивление Х неизменно, то величина отрезка
ОА пропорциональна величине тока. Получаем следующий масштаб тока:
MI 
ОА
152,54
I
36,31838

 4,20 мм/кА или M I   2k 
 0,24 кА/мм
I 2k 36,31838
152,54
ОА
1.4. Построение треугольника напряжений при произвольном значении
тока.
Допустим, задан ток I 2  10 кА. В этом случае по горизонтали
откладываем отрезок ОС  M I  I 2  4,20 10  42 мм. Из точки С
восстанавливаем перпендикуляр до окружности в
результате получим отрезок ED  U д  I 2  Rд и ЕС  I 2  R  10  0,9  9 В падение напряжения.
Круговая диаграмма позволяет построить электрические характеристики
печной установки в функции тока I 2 . Расчетные выражения для различных
характеристик сведем в таблицу 2.1.
35
Таблица 2.1 – Расчет характеристик дуговой печи
Наименование
характеристики
Мощность
электрических
потерь, Рэ , кВт
Активная мощность,
Р А , кВт
Мощность дуги, Рд ,
кВт
Электрический КПД,
о.е.
Расчетное выражение
на основе круговой
Аналитическое
диаграмме
PЭ  3  I 22  R
Pэ  M U   CE  3  I 2
Ра  3  I 22  R  Rд   3  U a  I 2 
 3  I 2  U 22  I 2  x 2
Pa  M U   CD  3  I 2
Рд  Ра  Рэ
Pд  M U   ДE  3  I 2
  Pд Pа
 э  ED / CD
Коэффициент
мощности, о.е.
Pa
Cos 
3 U 2  I 2
Напряжение на
дугах, Uд , В
U д  U 2  I 2  x  2  I 2  R
Cos 
Pa
M U   ОД  3  I 2

СD
ОD
U д  M U   ЕD
Рисунок 2.2 – Круговая диаграмма дуговой печи
2. Расчет электрических характеристик в относительных единицах.
Графическое построение электрических характеристик.
За базовую величину принимаем ток идеального короткого замыкания:
36
Iб 
U 2 156

 37,143 кА
X
4,2
Базовая мощность S б  3  U 2  I б  3  156  37,143  17382,92 кВА
Получаем следующие текущие значения тока и мощности в
относительных единицах:
I *  I 2 / I б ; P*  P / S б ; U д*  U д /U 2 .
В этом случае рабочие электрические характеристики, построение в
относительных единицах будут одинаковы для печей с одним и тем же
значением   X / R  4,2 / 0,9  4,67 и рассчитываются по формулам:
Коэффициент
мощности:
Cos  1  sin 2   1  I U 2 x 2  1  I *2
КПД:   Pa  Pэ  1 
Pa
I R
I  U 22  I  x 2
Активная мощность печи:
1
I*
  1  I *2
1
I*
  cos 
Pa *  I *  1  I *2  I *  cos
Pэ*  I *2  .
Мощность электрических потерь:
Напряжение дуги: U д*  Cos  I * / 
Мощность дуги: Pд*  I *  Cos  I *  
Значение электрических параметров определяем при относительном
значении тока в пределах I*  0,1  I 2k I б   (0,1  0,98) , и заносим в
таблицу 2.2.
Абсолютные значения параметров определяются по формулам:
Pа  Ра*  S б
Рэ*  Рэ*  S б
Рд  Рд*  S б
I 2  I *  I б U д  U д*  U 2
Таблица 2.2 – Расчет электрических параметров печи
I*
0,25
0,4
0,5
Относительные значения
0,995
0,968
0,917
0,866
0,7
0,82
0,98
0,714
0,572
0,20
I*
  Cos
0,979
0,945
0,907
0,876
0,79
0,693
0
Pa*  I *  Cos
0,0995
0,242
0,367
0,433
0,5
0,469
0,196
Pэ*  I *2  .
0,002
0,013
0,034
0,054
0,105
0,144
0,206
U д*  Cos  I * / 
0,974
0,915
0,831
0,760
0,564
0,396
0
Cos  1  I *2
 1
Pд*  I *  Cos  I *  
0,1
0,097
0,325
0
Pа  Ра*  S б
0,23
0,332
0,38
0,395
Абсолютные значения
1729,6 4206,67 6379,53 7526,8 8691,46
8152,6
3407,05
Рэ*  Рэ*  S б
34,77
2503,14 3580,88
225,98
591,02
938,68
1825,2
Рд  Рд*  S б
1686,14 3998,07 5771,13 6605,5 6866,25 5649,45
0
U д  U д*  U 2
151,95
142,74
129,64
118,56
87,98
61,78
0
3,71
9,30
14,86
18,57
26,00
30,46
36,40
I 2  I*  I б
37
3. Построение рабочих характеристик. Определение оптимальных
режимов работы печи.
Для определения рабочих характеристик используем следующие
выражения:
g  Рпол. Т  Pд  PТП   Т
  Pa / g
  1/ g
  Pпол. Pа  Т  g   g  Т 
где Ра , Р пол , Рд , РТП – активная, полезная мощность, мощность дуги
и тепловых потерь, кВт;
Т ,  - теоретический и физический расход электроэнергии, кВт
ч/т; принимаем Т  340 кВт ч/т;
g - часовая производительность, т/час;
 - время расплавления 1т металла, час/т.
Результаты расчета данных характеристик при различных значениях
тока сведены в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – Расчет рабочих параметров печи
0,1
0,25
0,4
0,5
0,7
0,82
0,98
g  Pд  PТП   Т
3,43
10,23 15,45 17,90 18,67 15,09
0
  Pa / g , кВт
504,26 411,21 412,92 420,49 465,53 540,27
0
ч/т
  Т 
0,674 0,827 0,823 0,810 0,730 0,629
0
Расчет данных характеристик при различных значениях тока позволяет
построить рабочие характеристики (рисунок 2.3). Совместный их анализ с
электрическими
характеристиками
печи
позволяет
определить
оптимальные режимы работы печи.
По характеристикам определяем токи, которые дают возможные
пределы работы печи. Возможные пределы работы задаются пересечением
характеристики Рд  f I *  и прямой, параллельной оси токов,
представляющей мощность тепловых потерь РТП  . В установившемся
режиме, когда температура в печи относительно стабильна, мощность
тепловых потерь также стабилизируется и не зависит от величины тока.
Физически возможные пределы работы определяем тем, что печь может
работать только в том случае, если мощность, выделяемая в дугах, будет
превышать мощность тепловых потерь печи.
Pд  PТП при I A  I *  I B .
Зависимость УРЭ   от тока имеет минимальное значение при токе I  ,
этому же соответствует максимальное значение КПД   . То есть ток
определяет оптимальный энергетический режим.
Зависимость производительности печи g  от тока имеет максимальное
значение при токе I  , который соответствует максимальному значению
мощности дуг Pд  . Этому току соответствует минимальное время
расплавление металла. Ток I  определяет режим максимальной
38
производительности. Работа печи в диапазоне токов I   I  I  называется
оптимальным режимом работы. Для удобства построения графиков сведем
все данные в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 - Электрические и рабочие характеристики печи
Ток, о.е.
кА
Электрические характеристики
Cos
КПДэл.
Pа
о.е. кВт
Рабочие характеристики
Pэ
о.е. кВт
Pд
о.е. кВт
Uд
о.е. В
0,002
34,77
0,097
1686,14
0,974
151,95
УРЭ
Полный
кВт  ч / т
КПД , о.е.
3,43
504,26
0,674
0,1
3,71
0,995
0,979
0,0995
1729,60
0,25
9,30
0,242
4206,67
0,013
225,98
0,23
3998,07
0,915
142,74
10,23
411,21
0,827
0,4
14,86
0,968
0,945
0,917
0,907
0,367
6379,53
0,332
5771,13
0,831
129,64
15,45
412,92
0,823
0,5
18,57
0,866
0,876
0,433
7526,80
0,034
591,02
0,054
938,68
0,38
6605,5
0,760
118,56
17,90
420,49
0,810
0,7
26,00
0,82
30,46
0,98
36,40
0,714
0,790
0,50
8691,46
0,105
1825,20
0,395
6866,25
0,564
87,98
18,67
465,53
0,730
0,572
0,693
0,469
8152,60
0,196
3407,05
0,144
2503,14
0,325
5649,45
0,396
61,78
15,09
540,27
0,629
0,206
3580,88
0
0
0
0
-
-
-
0,20
0
На рисунке 2.3 приведены рабочие характеристики печи.
39
Рисунок 2.3 – Рабочие характеристики дуговой печи
На рисунке 2.4 приведены электрические характеристики печи.
40
cos 

Uд
Pa
Pд
Pэ
Рисунок 2.4 – Электрические характеристики дуговой печи
41
Контрольная работа №3
«Расчет электрического баланса печи сопротивления периодического действия»
Рассчитать энергетический баланс печи сопротивления периодического
действия на основе исходных данных приведенных ниже. Составить сводную
таблицу статей энергетического баланса. Сделать выводы по возможному
улучшению режима электропотребления на исследуемой печи.
Исходные данные
Нагреваемый
металл
Загрузка
печи, т
Температура
внутренней
поверхности
кладки в
начале отжига,
0
С
высокопрочный
чугун
15
50
Время
Температура
нагрева до
подсушивания,
температуры
0
С
отжига, ч
9
650
Мощность
печи, кВт
900
Электротермические установки являются одними из наиболее крупных
потребителей электроэнергии в промышленности, поэтому особо важна оптимизация
их режима работы. Энергетический баланс позволяет выявить потери и определить
возможности экономии электроэнергии.
Энергетический баланс выявляет соотношение между общим количеством
электроэнергии потребляемой печью, полезным расходом (нагрев заготовок),
сопутствующим расходом (нагрев печи, поддона и т.д.) и величиной потерь энергии
передачи и трансформации.
1. Полезный расход энергии на нагрев металла до температуры отжига
Wn  c  G  ( 2  1 )
где c - удельная теплоемкость металла, в 1 цикл отжига - c  502 Дж/кг0С; во
2 - c  628 Дж/кг0С;
G - вес отжигаемого металла, кг;
1 ,  2 - температура металла в начале и конце нагрева,
1 цикл отжига: 1  20 0С,  2  945 0С;
2 цикл отжига: 1  650 0С,  2  730 0С;
Получаем следующие значения полезного расхода:
1 цикл отжига: Wп1ц  502 15000 (945  20)  6965,25 МДж
2 цикл отжига:
Wп2ц  628  15000  (730  650)  753,6 МДж
2. Потери энергии через футеровку печи
Расчет ведется для каждой поверхности печи по формуле расчета теплопередачи
через плоскую многослойную стенку.
42
W  q  F р  
где q - удельный тепловой поток, в 1 цикл отжига - q  600 Вт/м2; во 2 q  90 Вт/м2;
Fр - расчетная площадь поверхности, м2;
 - время потерь, с.
На 1 цикле отжига время потерь складывается из времени нагрева до
температуры отжига  н и времени самого цикла отжига  01 .
 1ц   н   01  32400  10800  43200 с
На 2 цикле отжига время потерь складывается из времени нагрева от
температуры подстуживания металла до температуры 2 цикла отжига (0,5
часа) и времени 2 цикла отжига  02 .
 2ц  1800   02  1800  18000  19800 с
Получаем:
1 цикл отжига:
W1ц, стен  600  48,8  43200  1264,896 МДж
W1ц, пода  600 17,6  43200  456,192 МДж
W1ц, свода  600  23,4  43200  606,528 МДж
2 цикл отжига:
W2,цстен  90  48,8 19800  86,9616 МДж
W2,цпода  90 17,6 19800  31,3632 МДж
W2,цсвода  90  23,4 19800  41,6988МДж
3. Потери энергии на тепловые короткие замыкания
Данный расход энергии появляется вследствие нарушения сплошности кладки
печи трубками термопар и выводами нагревателей. Величина потерь принимается
равной 50% от потерь теплопередачей через кладку печи.
Wт.к.з  0,5  (W ,стен W  ,подаW ,свода)
где W ,стен , W  ,пода, W ,свода - потери энергии теплопередачей через стены,
свод и под печи, МДж.
Получаем:
1 цикл отжига: Wт1ц.к.з  0,5  (1264,896  456,192  606,528)  1163,808 МДж
2 цикл отжига:
Wт2.цк.з  0,5  (86,9616  31,3632  41,6988)  80,012 МДж
4. Расход энергии на аккумуляцию тепла кладкой печи
m
n
``
`
W АК    ci  Gi  ( ср
.i   ср.i )
j 1 i 1
где m - количество циклов отжига;
ci - удельная теплоемкость материала i-го слоя кладки,
шамот - c  900Дж/кг0С;
диамот - c  920 Дж/кг0С;
43
шлаковата - c  1000 Дж/кг0С;
кожух - c  462 Дж/кг0С;
засыпка пода - c  920 Дж/кг0С;
асбест пода - c  835 Дж/кг0С;
жароупорная плита - c  880 Дж/кг0С;
Gi - вес материала i-го слоя, кг;
шамот - G  18480 кг;
диамот - G  9550 кг;
шлаковата - G  600 кг;
кожух - G  3900 кг; засыпка
пода - G  80 кг;
асбест пода - G  140 кг;
жароупорная плита - G  2170 кг;
``
`
 ср.i ,  ср.i - средняя температура i-го слоя в начале и конце нагрева,
принимается одинаковой для всех слоев равной разности температур
внутреннего слоя камеры печи в начале и конце нагрева.
1 цикл отжига: 1  20 0С,  2  945 0С, т.е.  ср  925 0С;
2 цикл отжига: 1  650 0С,  2  730 0С, т.е.  ср  80 0С.
Получаем:
1 цикл отжига:
1ц
W АК
 (900 18480  920  9550  1000  600  462  3900  920  80  835 140 
 880  2170)  925  27675,91МДж
2 цикл отжига:
2ц
W АК
 (900 18480  920  9550  1000  600  462  3900  920  80  835 140 
 880  2170)  80  2393,592 МДж
5. Суммарные тепловые потери энергии
Суммарный расход энергии, обусловленный неизбежными потерями тепловой
энергии рассчитывается за все циклы отжига
m
WТП   (W АК . j  W . j  Wт.к.з. j )
j 1
где W АК . j - энергия, аккумулируемая печью за j-й цикл отжига, МДж;
W , j - потери энергии теплопередачей через кладку печи за j-й цикл отжига,
МДж;
Wт.к.з. j - потери энергии на тепловые короткие замыкания за j-й цикл
отжига, МДж
Получаем:
1 цикл отжига:
1ц
WТП
 27675,91  1264,896  456,192  606,528  1163,808  31167,33 МДж
2 цикл отжига:
2ц
WТП
 2393,592  86,9616  31,3632  41,6988  80,012  2633,63 МДж
44
6. Электрические потери, связанные с трансформацией и передачей энергии
Электрические потери представляют сумму потерь энергии в трансформаторе и
кабельной сети
WЭП  WТ  WКС
где WТ - потери энергии в трансформаторе, МДж;
W КС - потери энергии в кабельной сети, МДж;
6.1 Потери энергии в трансформаторе
WТ  ( Pх.х  k з2.Т  Pк.з )  
где Pх.х - мощность холостого хода трансформатора, Pх.х  2450 Вт;
Pк.з - мощность короткого замыкания трансформатора, Pк.з  12200 Вт;
k з.Т - коэффициент загрузки трансформатора;
 - время потерь, в расчете берется время нагрева, с
Коэффициент загрузки трансформатора:
k з.Т 
Pр
Cos  SТ
где Pр - расчетная мощность печи, Вт;
SТ - мощность трансформатора, SТ  1000 кВА;
Cos - коэффициент мощности печи;
Расчетная мощность печи:
Pр  k з  Pн  kв
где k з - коэффициент загрузки нагревателей, принимается равным в режиме
нагрева 1, в режиме отжига – 0,333;
Pн - номинальная мощность нагревателей, Pн  900 кВт;
k в - коэффициент включения нагревателей, принимается равным в
режиме нагрева 1, в режиме отжига – 0,5;
Таким образом, подставив числовые значения в выражения получим
расчет потерь энергии в трансформаторе для режима нагрева и отжига.
Расчет сведен в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Расчет потерь энергии в трансформаторе
Режим работы
Нагрев
Расчетная мощность печи Pр  k з  Pн  kв , кВт
900
Коэффициент
загрузки
трансформатора
Pр
1,0
k з.Т 
Cos  SТ
Потери энергии WТ  ( Pх.х  k з2.Т  Pк.з )   , МВт
6.2 Потери энергии в кабельной сети
474,66
Отжиг
149,85
0,167
50,22
45
WКС  3  I 2  R  
где I - ток в фазе, А;
R - сопротивление жилы кабеля, Ом;
 - время потерь, с
Ток в фазе сети определяем по формуле:
I
Pр
3 U
где U - напряжение сети, В;
Сопротивление жилы кабеля:
2
R   r0  li
i 1
где r0 - сопротивление жилы кабеля на единицу длины, 1 участок r0  0,155  10  4 Ом/м; 2 участок - r0  0,645  10 4 Ом/м
l - длина участка кабельной линии, 1 участок - l  30 м; 2 участок l  240 м.
Подставив числовые значения в выражения получим расчет потерь
энергии в кабельной сети для режима нагрева и отжига. Расчет сведен в
таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Расчет потерь энергии в кабельной сети
Режим работы
Нагрев
Отжиг
Ток в фазе, I 
Pр
3 U
,А
Сопротивление жилы, R  r0  l , Ом
Потери энергии, WКС  3  I 2  R   , МВт
1299,04
216,29
0,016
2624,41
Получаем электрические потери;
WЭП  474,66  2624,12  3098,78 МДж
WЭП  50,22  40,42  90,64 МДж
7. Общий расход и приход энергии из электрической сети
Общий расход энергии за весь технологический цикл включает:
- расход энергии на нагрев металла;
- расход энергии на тепловые потери;
- расход энергии на электрические потери.
W  Wп  WТП  WЭП
Получаем:
1 цикл отжига:
W 1ц  6965,25  31167,33  3099,07  41231,65 МДж
2 цикл отжига: W 2ц  753,60  2633,63  90,64  3477,87 МДж
Расход энергии на весь технологический процесс:
W  41231,65  3477,87  44709,52 МДж
8. Энергетические показатели работы печи сопротивления
40,42
46
- удельный расход электроэнергии:
УРЭ 
W 44709,52

 2,98 МДж/кг
G
15000
- термический коэффициент полезного действия:
т 
Wп
7718,85

 0,19
Wп  WТП 7718,85  33800,96
- электрический коэффициент полезного действия:
э 
Wп  WТП 7718,85  33800,96

 0,93
W
44709,52
- полный коэффициент полезного действия:

Wп
7718,85

 0,18 / 0,17
W
44709,52
В таблице 3.3 приведены статьи энергетического баланса.
Таблица 3.3 – Энергетический баланс электрической печи сопротивления
периодического действия
Показатели работы
Наименование
Ед. изм.
Величина
Вес отжигаемого металла
кг
15000
Температура отжига по 1 циклу
град
945
Температура отжига по 2 циклу
град
730
Температура после 1 цикла
град
650
Температура кладки начальная
град
50
Время 1 цикла
час
3
Время 2 цикла
час
5
МДж/кг
2,98
Удельный расход электроэнергии
.
кВт ч/т
827,95
Электрический КПД
0,93
Термический КПД
0,19
Полный КПД
0,17
Статьи баланса
Расход энергии
МДж
кВт.ч
%
Нагрев металла
7718,85
2144,13
17,27
Потери тепловые
33800,96
9389,17
75,60
через свод
648,227
180,06
1,45
через под
487,556
135,43
1,09
через стены
1351,858
375,52
3,02
аккумуляция кладкой печи
30069,502
8352,65
67,26
тепловые к.з
1243,82
345,51
2,78
Потери электрические
3189,71
886,03
7,13
в трансформаторе
524,88
145,80
1,17
в кабельной сети
2664,83
740,23
5,96
ИТОГО
44709,52
12419,33
100
47
Вывод: из анализа энергетического баланса печи сопротивления
следует, что на покрытие тепловых потерь расходуется 75% энергии. Также
велики потери на аккумуляцию тепла кладкой печи. Они на прямую зависят
от температуры камеры печи в начале цикла отжига. То есть, чем дольше
длиться замена тележки с металлом, тем ниже температура в начале нового
цикла, тем больше уходит энергии на нагрев новой партии металла. Не
выгодны получаются длительные простои сутки и более. Дополнительное
снижение фактических удельных расходов электроэнергии может быть
достигнуто за счёт следующих мероприятий:
а) уменьшение потерь энергии на аккумуляцию тепла кладкой печи при
применении лёгких и эффективных огнеупорных и теплоизоляционных
материалов (легковесов);
б) уменьшение тепловых потерь через футеровку, что достигается
применением материалов с улучшенными теплофизическими свойствами,
повышением герметичности камеры печи, поддержанием футеровки в
исправном состоянии;
в) своевременная замена выгоревших нагревателей, что приводит к
повышению мощности печи до проектной и уменьшению времени нагрева.
48
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСКЕ-КАМЧАТСКОМ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
по дисциплине «Электротехнологические установки»
специальность 140211.65 «Электроснабжение»
г. Петропавловск-Камчатский
2012
49
Основная литература
1. Суворин, А. В. Электротехнологические установки : учеб. пособие / А.
В. Суворин. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. - 376 с.
2. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его
эффективности – М.Энергоатомиздат, 2007. – 250 с.
3. Плетнев
Г.П.
Автоматическое
управление
и
защита
теплоэнергетических установок электростанции. М. Энергоатомиздат.2006. –
125 с.
4. http://window.edu.ru/resource/490/28490 Сокунов Б.А., Гробова Л.С.
Электротермические установки: Учебное пособие. - Екатеринбург: ГОУ ВПО
УГТУ-УПИ, 2004. - 122 с.
5. http://window.edu.ru/resource/149/65149 Магазинник Л.Т., Пестов С. М.,
Ребровская Д. А., Калабановский И. А. Электротехнологические установки:
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов
специальности 14021165 "Электроснабжение". - Ульяновск: УлГТУ, 2009. 61 с.
6. http://window.edu.ru/resource/489/28489
Сарапулов Ф.Н., Сарапулов
С.Ф., Томашевский Д.Н. и др. Электротехнологическая виртуальная
лаборатория: Учебное пособие / Под общ. ред. проф. Ф.Н. Сарапулова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. - 233 с.
Дополнительная литература
1. Свечанский А.Д. Электрические промышленные печи. М., Энергия,
2006. – 120 с.
2. Швецов М.С., Бородачев А.С. Развитие электротермической техники.
М. Энергоатомиздат.2005. – 200 с.