Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Производственная безопасность электрических установок промышленных предприятий: Учебное пособие

Автор/создатель: Миндрин В.И., Ребрушкин М.Н.
Год: 2013 
Пособие содержит сведения по вопросам безопасного обслуживания электрических установок на промышленных предприятиях. Кратко описаны устройства и назначения силовых трансформаторов, токоограничивающих реакторов, электрических приводов постоянного и переменного тока.
Приведены типовые схемы автоматического управления электрическими приводами. В доступной форме изложены вопросы вибрации электрических машин и их центровка с исполнительными механизмами.
Предназначается для студентов старших курсов, обучающихся по специальности 280102 "Безопасность технологических процессов и производств" при освоении ими курса "Производственная безопасность", а также для студентов вузов и техникумов химико-технологических, машиностроительных, электро- и теплоэнергетических специальностей очной и заочной форм обучения при выполнении самостоятельных работ, курсовых, дипломных и магистерских проектов. Сведения, содержащиеся в пособии, могут быть использованы широким кругом специалистов, связанных с проектированием, эксплуатацией, ремонтом и безопасной организацией работ на электроустановках.
Показать полное описание документа
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей:
Количество голосов: 0
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
индивидуальный привод. С развитием автоматизации одиночный привод уступает место многодвигательному, когда каждый рабочий орган приводится в движение отдельным двигателем. Вместе с увеличением первоначальных затрат и усложнением эксплуатации, многодвигательный привод является более прогрессивным. Он существенно упрощает передачи, позволяет осуществлять электрические блокировки, исключает возможность появления опасных режимов работы оборудования. В результате повышается безопасность обслуживания установок. Таким образом, из истории развития электропривода вытекает, что его совершенствование определялось не только технико–экономическими, но и социальными факторами. Последние, как известно, оказывают существенное влияние на повышение производительности труда и снижение травматизма на производстве. На рис..3.1 представлены механические характеристики электроприводов. Пригодность двигателя для привода рабочей машины определяется совместимостью их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость или рад , где – угловая частота вращения, , ; – оборотная частота с с · вращения, об/м; – вращающий момент, H·м; 2 или , , Гц. с ω, 1 3 2 4 0 MП M, Н·м Рис. 3.1. Механические характеристики электродвигателей: 1 – синхронный двигатель; 2 – асинхронный двигатель; 3 – двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением; 4 – двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением; MП – пусковой момент Из рисунка видно, что с увеличением вращающего момента частота вращения двигателей (кроме синхронного) уменьшается. На рис..3.2 представлены механические характеристики производственных механизмов , где – момент сопротивления. 41 ω, 4 2 3 1 0 Mc, Н·м Рис. 3.2. Механические характеристики производственных механизмов: 1 – механизм подъема мостового крана; 2 – привод электрического генератора с независимым возбуждением; 3 – центробежный вентилятор; 4 – металлорежущий станок 3.2. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Правильный выбор двигателя имеет важное значение для надежной и экономичной работы электропривода. При заниженной мощности двигатель не обеспечивает требуемой производительности оборудования. Его нагрев может превышать допустимые значения, что приводит к быстрому разрушению изоляции обмоток, возникновению аварий и восстановительных ремонтов. Использование двигателя завышенной мощности приводит к снижению КПД и коэффициента мощности (cosφ), к увеличению стоимости электрооборудования и эксплуатационных расходов. При любом режиме работы электропривода максимальная температура нагрева двигателя не должна превышать допустимых значений доп для данного класса изоляции. Наиболее распространены следующие классы изоляции: – класс А – хлопчатобумажное волокно, шелк, электрокардон, древесина, пропитанные лаками, смолами и эмали доп 105" ; – класс В – стекловолокно, асбест, стеклоткань, миканит, пропитанные битумом, синтетическими и эпоксидными смолами доп 130" ; – класс Н – характерны те же материалы, что и для класса В, в сочетании с кремне-органическими связующими и пропиточными материалами доп 180" . Допустимые температуры нагрева приняты из расчёта срока службы изоляции не менее 15-20 лет. Превышение температуры изоляции сверх допустимых значений на каждые 8-10 °С сокращает срок службы двигателя 42 примерно в два раза. При температуре двигателя 1,5 · доп изоляция разрушается за несколько дней, а при 2 · доп – за несколько часов. Если температура двигателя во время работы ниже допустимой, то это означает, что его мощность недоиспользуется, а масса и габариты завышены. Более интенсивная вентиляция продлевает срок службы электрооборудования. Расчётную температуру окружающей среды принимают равной 40" . Номинальная мощность двигателя &ном , указанная в паспорте, – это полезная (активная) механическая мощность двигателя, соответствующая номинальному режиму работы при стандартной температуре окружающей среды. 3.3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА Из всего многообразия режимов работы электроприводов основными являются три: длительный (S1), кратковременный (S2) и повторно кратковременный (S3): – Длительным, или продолжительным, режимом называется режим, при котором температура всех устройств, входящих в состав электропривода, достигает установившегося значения. В длительном режиме обычно работают двигатели вентиляторов, сетевых и питательных насосов, компрессоров, трансформаторов и др. – Кратковременным режимом называется режим работы электропривода такой длительности, при которой температура всех устройств, входящих в состав электропривода, не достигает установившегося значения во время работы и снижается до температуры окружающей среды во время паузы. В кратковременном режиме работают двигатели задвижек трубопроводов, шлюзовых и поворотных затворов, некоторых мешалок и отдельных элементов металлорежущих станков. – Повторно – кратковременный режим отличается от кратковременного режима тем, что время отключения τ0 меньше 3-4 мин недостаточно для охлаждения двигателя до температуры . В таком режиме обычно работают электроприводы грузоподъёмных механизмов со знакопеременной нагрузкой мостовых, башенных кранов и других подобных механизмов. Основной характеристикой повторно - кратковременного режима является продолжительность включения (ПВ), в процентах: +р ПВ · 100%, (3.1) +р ,+- где τр – время работы электропривода, мин; τ – время отключения (охлаждения), мин. 43 Тогда +р ПВ · 100%, (3.2) +ц где τц τр 1 τ – время рабочего цикла, мин. Продолжительность включения ПВ учитывает длительность рабочего цикла и определяет тепловую нагрузку электропривода. Длительность рабочего цикла электропривода устанавливается заводом-изготовителем. ГОСТом определены четыре стандартных значения ПВ: 15, 25, 40 и 60% при рабочем цикле длительностью 10 мин. Если продолжительность цикла более 10 мин и продолжительность включения ПВ > 60%, режим работы электропривода считается длительным. Отсюда следует, что выбор электропривода должен проводиться с учётом реальных условий эксплуатации: режима работы, продолжительности включения (ПВ) и длительности рабочего цикла электрического двигателя (2ц ). 3.4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Основными требованиями безопасности при эксплуатации и ремонте электродвигателей являются: – На вновь установленном двигателе необходимо проверить соответствие его напряжения напряжению сети. Статор двигателя испытывают повышенным напряжением 3исп 1,5 · 3л . Проверяют крепление электродвигателя на установленной раме или плите; – Двигатели, длительное время находившиеся в резерве, должны быть постоянно готовы к немедленному пуску, для чего их следует периодически осматривать и опробовать по графику, утвержденному главным инженером предприятия; – Необходимо вести постоянный надзор за нагрузкой электродвигателей и температурой и вибрацией их подшипников. Предельная допустимая температура подшипников не должна превышать для подшипников скольжения 80°C, для подшипников качения 90°C (температура масла при этом не должна быть более 60°C). Для смазки подшипников электрических машин мощностью до 500 кВт с кольцевой смазкой применяется индустриальное масло марок И-20A, И-30A, И-40A и И-50A вязкостью от 20 до 50 сСт при температуре масла 50°C. Согласно ГОСТ 20815-75, амплитуда вибрации подшипников электродвигателей, массой выше 2000 кг, не соединенных с исполнительным механизмом, не должна превышать значений, представленных в табл. 3.1. 44 Таблица 3.1 Допустимая вибрация электрических машин № Номинальная частота Амплитуда вибро- Амплитуда вибро- п/п вращения, n, об/мин скорости, vm, мм/с смещения, Am, мкм 1 2 3 4 1 3000 4.5 30 1 2 3 4 2 1500 3,9 50 3 1000 3,2 65 4 750 2,7 75 5 600 2,5 80 Допустимая вибрация электрических машин массой до 2000 кг приведена в табл. 7.2. Вибрация сверх допустимых норм угрожает целостности самого электродвигателя, может вызвать поломку исполнительного механизма, повышает нагрев подшипников сверх допустимой температуры, что может привести к возникновению пожара на всем агрегате; – Электродвигатели с принудительной смазкой подшипников снабжаются блокировкой, отключающей электродвигатель при прекращении подачи смазки; – При кнопочном управлении электродвигателем кнопки управления «Пуск» и «Стоп» должны располагать в удобном и безопасном для обслуживания месте; – В местной инструкции по обслуживанию электроустановок должны быть указаны все случаи, при которых электродвигатель останавливается аварийно; – Вращающиеся части машины – муфты сцепления с исполнительным механизмом, вентиляторы, открытые части валов должны иметь ограждения во время работы; – Ремонт подшипников скольжения электрических машин сводится к восстановлению зазоров, необходимых для циркуляции масла и создания масляного клина, для чего вкладыши подшипников, заполненные баббитом Б-83, перезаливаются. После перезаливки вкладышей и их расточек зазоры в верхних и боковых сечениях должны быть равными 0,02% и 0,01% от диаметра вала соответственно. 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Активная мощность в сети синусоидального тока выражается формулой: & 3 · 6 · cosφ, Вт, (3.3) где φ – угол сдвига между напряжением U и общим током I в цепи. 45 Отсюда следует, что при неизменном напряжении (что обычно бывает в условиях практики) одна и та же активная мощность может быть передана либо при большом токе и высоком cosφ, либо при малом токе и высоком cosφ. Так как потери электрической энергии в питающих проводах пропорциональны квадрату тока & 6 8 · 9 · cosφ, то выгоднее передавать энергию при малом токе и высоком cosφ потребителей [3, с. 75]. Известно, что cosφ это отношение активного тока Iа, протекающего по проводникам или обмоткам электрической машины, или трансформатора к общему току, т.е. к сумме активного и реактивного тока Iр, как векторная сумма токов, протекающих в индуктивной Il и емкостной ветвях сети Iс: :а cos φ . (3.4) < < ;:а ,:р Наибольшая мощность, которую можно получить от генератора или трансформатора, определяется номинальным током и номинальным напряжением. Номинальный ток машины (аппарата) определяется исходя из условий допустимого нагрева обмоток и других частей, а номинальное напряжение – из условия допустимой прочности изоляции. Поэтому наибольшую активную мощность генератор или трансформатор развивает при cosφ 1, так как &ном 3ном · 6ном · cosφ. В этом случае генератор или трансформатор используется более эффективно. В электрических сетях промышленных предприятий всегда имеются потребители энергии (асинхронные двигатели, сварочные и другие трансформаторы, индукционные печи и т.д.), которые нуждаются в реактивной мощности (индуктивной её составляющей) для создания переменных магнитных полей. Если к потребителю, нуждающемуся в получении реактивной энергии (индукционная печь плавки металла), подключить параллельно конденсатор (см. рис. 3.3), то cosφ системы увеличивается [3, с. 71]. U~ Рис. 3.3. Подключение конденсатора для повышения =>?@: R, L – активная и индуктивная нагрузки потребителя; C – конденсатор с переменной ёмкостью; I – общий ток в линии Реактивная энергия, необходимая потребителю для образования магнитного поля, будет в этом случае получена частично от конденсатора. При увеличении емкости конденсатора опережающие реактивные токи 46 скомпенсируют отстающие токи в питающей линии, в результате чего общий линейный ток при постоянной активной нагрузке будет уменьшаться, а cosφ – увеличиваться. Равенство опережающих и отстающих токов (резонанс токов) обеспечит их полную компенсацию при cosφ 1. В этом случае общий ток будет наименьшим. Дальнейшее увеличение емкости вызовет увеличение общего тока в линии и снижение cosφ при опережающем общем токе. 3.6. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки ток нагрузки IН отстает от напряжения на угол сдвига φ. Косинус этого угла (cosφ) называется коэффициентом мощности. Электроприемники с такой нагрузкой (асинхронные двигатели, трансформаторы различного назначения, реакторы, вентильные преобразователи и другие электрические устройства) потребляют как активную P, так и реактивную A мощность. Реактивная мощность A & · cosφ. Активная энергия, потребляемая электроприемниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т.п. Определенный процент активной энергии расходуется на потери. Реактивная мощность A не выполняет полезную работу и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах и линиях передачи электроэнергии. Реактивная мощность может иметь индуктивный или емкостной характер. Реактивная индуктивная мощность AB является нагрузочной или потребляемой, а реактивная емкостная мощность AС – генерируемой. Прохождение в электрических сетях реактивных токов увеличивают потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электрических станций, увеличивают потери напряжения, требует увеличения номинальной мощности в трансформаторах, снижает пропускную способность электрических сетей: Полная мощность D E&8 1 A8 & · cosφ; G Потери активной мощности ∆& &8 1 A8 < ; Hном I I Коэффициент мощности cosφ ; J EI< ,K< I·G,K·L Потери напряжения ∆3 , Hном где &, A, D – соответственно активная, реактивная и полная мощности, ВТ, ВАР, ВА; R и X – соответственно активное и реактивное сопротивления элементов электрической сети, Ом; UНОМ – номинальное напряжение сети. 47 Реактивной мощностью дополнительно нагружаются питающие и распределительные сети, соответственно увеличивается общее потребление электроэнергии. Прохождение больших реактивных токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сетях и других элементах энергоснабжения и будет причиной дальнейшего развития аварии и увеличения производственного травматизма. К техническим средствам искусственной компенсации реактивной мощности относятся следующие виды компенсирующих устройств: конденсаторные батареи (КБ), синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности (ИРМ). Сущность компенсации реактивной мощности поясняется на рис. 3.4. Iн, Iн1 Ic R Ic Ic C 2 Iа В U Iа В U O O φ2 3 φ1 Iн1 L φ1 А1 1 Iн Ic IL Iн А А а) б) в) Рис. 3.4. Схема компенсации реактивной мощности: а - схема электрической цепи; б - векторная диаграмма реактивной мощности до компенсации; в - векторная диаграмма реактивной мощности после компенсации; 1 – генератор переменного тока; 2 – активно-индуктивная нагрузка с активным R и индуктивным L сопротивлениями (асинхронный двигатель); 3 –конденсаторная батарея емкостью С Пусть до компенсации потребитель 2 имел активную мощность P и соответствующий ток Iа (отрезок ОВ на векторной диаграмме б) и реактивную мощность A от индуктивной нагрузки с соответствующим током IL (отрезок ВА). Полной мощности S соответствует вектор тока нагрузки IН (отрезок ОА). Коэффициент мощности до компенсации равен cosφ1. После компенсации, т.е. после подключения параллельно нагрузке конденсатора 3 мощностью AК с соответствующим током IС, суммарная реактивная мощность потребителя будет меньше A N AК , и ток нагрузки снизится и будет равен 6Н 6Н N 6С , соответственно снизится угол сдвига фаз с φ1 до φ2 и повысится коэффициент мощности с cosφ1 до cosφ2. Полная потребляемая мощность при той же потребляемой активной мощности P (ток Iа) снизится с S (ток 6Н ) до S1 (ток 6Н )(отрезок ОА1). Следовательно, в результате компенсации можно при том же сечении проводников повысить пропускную способность сети по активной мощности. 48 Недостатками конденсаторных батарей являются: пожароопасность, наличие остаточного заряда, повышающего опасность при обслуживании; чувствительность к перенапряжениям и толчкам тока; возможность только ступенчатого, а не плавного регулирования мощности. Рассмотрим другой вид компенсирующих устройств (КУ) – синхронные двигатели. Синхронные двигатели (СД) при увеличении тока возбуждения выше номинального значения могут вырабатывать реактивную мощность, следовательно, их можно использовать как средство компенсации реактивной мощности. Главным отличием синхронных двигателей от асинхронных (АД) является то, что магнитное поле, необходимое для работы СД, создается от отдельного источника постоянного тока (возбудителя). Вследствие этого СД в нормальном режиме (при cosφ = 1) почти не потребляет из сети реактивной мощности, необходимой для создания плавного магнитного потока, а в режиме перевозбуждения, т.е. при работе с опережающим коэффициентом мощности, может генерировать емкостную реактивную мощность в сеть. Преимуществом СД, используемого для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Дополнительные активные потери в обмотке СД, кВт, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cosφ от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной PНОМ, определяются: < KНОМ ·R ∆&НОМ < , (3.5) HНОМ где AНОМ – номинальная реактивная мощность СД, квар; S – сопротивление одной фазы обмотки СД, Ом; 3НОМ – номинальное напряжение сети. Таким образом, из изложенного следует вывод: компенсация реактивной мощности на энергетических предприятиях есть средство повышения надежности, производственной безопасности и экономичности при работе электротехнического оборудования. 3.7. ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Любое промышленное предприятие является потребителем как активной, так и реактивной энергии. Асинхронные электродвигатели, силовые, сварочные и другие специальные трансформаторы, катушки контакторов и реле, линии электропередачи потребляют вместе с активной и реактивную мощность. Эта мощность затрачивается на создание переменных электромагнитных полей. Известно, чем больше в сети реактивной мощности при постоянной активной мощности, тем ниже cosφ и КПД предприятия. Реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями, распределяется следующим образом: около 70% приходится на долю 49 асинхронных двигателей, около 20% – на долю трансформаторов и около 10% на долю воздушных сетей и различных машин и аппаратов, имеющих индуктивность. Станочное оборудование с циклическими режимами работы, цеховые краны при повторно-кратковременных режимах работы, электросварочные трансформаторы, индукционные электрические печи относятся к группам с низким cosφ. Такие потребители, как электрические печи сопротивления, сушильные аппараты и шкафы, имеют высокий cosφ (близкий к единице). При снижении коэффициента мощности потребителей вследствие возрастания реактивного тока увеличиваются потери электроэнергии в сетях, трансформаторах и генераторах. При значительном снижении cosφ трансформаторы и генераторы оказываются настолько загруженными реактивными токами, что дальнейшее получение от них активной мощности становится невозможным и требуется их замена на более мощные. Кроме того, при снижении коэффициента мощности увеличиваются потери напряжения в сетях, питающих предприятие, вследствие возрастания токов. Понижение напряжения на предприятии вызывает нарушение работы его потребителей, отключение отдельных установок, недовыработку продукции. С другой стороны, значительная величина потерь электроэнергии, вызванная низким коэффициентом мощности, приводит к повышению как удельного, так и общего расхода электроэнергии на предприятии. А это, в свою очередь, вызывает увеличение затрат на единицу выпускаемой продукции. В практике эксплуатации электроустановок промышленных предприятий различают значения мгновенного и средневзвешенного коэффициента мощности. Значение мгновенного cosφ определяется фазометром или подсчитывается по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра по формуле: I cosφ . (3.6) √ ·H·: Под средневзвешенным cosφ подразумевается усреднённое значение за какой-либо период времени (например, час, сутки, месяц, год), определяемое по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии: UV cosφ , (3.7) ;UV < ,UW < где X – расход активной энергии в течение определённого времени, кВт.ч; Y X – расход реактивной энергии в течение того же времени квар.ч. Z 50
Яндекс цитирования