МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Основы электроснабжения

ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Для студентов заочной формы обучения направления

подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

квалификации - бакалавр

Казань 2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Основы электроснабжения

ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

для студентов заочной формы обучения направления

подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

квалификации - бакалавр

Казань 2012

УДК

ББК

Основы электроснабжения. Программа, методические указания по изучению дисциплины. Денисова Н.В...  Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2012.  40 с.

Приведены общие рекомендации по изучению дисциплины "Основы электроснабжения", программа дисциплины, методические указания для освоения разделов дисциплины, задания для выполнения контрольной работы.

Предназначены для студентов-заочников направления подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» квалификации – бакалавр.

УДК

ББК

© Казанский государственный энергетический университет, 2012 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина “Основы электроснабжения” предназначена для ознакомления с основными направлениями и разделами подготовки дипломированных специалистов по специальности 140400.62 "Электроэнергетика и электротехника".

В рамках данной дисциплины рассматриваются электрооборудование промышленных предприятий, типовые приемники и потребители электроэнергии, электрические аппараты, вспомогательное оборудование. Внимание уделяется промышленным преобразователям электроэнергии, электроизмерительным приборам и приборам учета электроэнергии.

Целью дисциплины является ознакомление с совокупностью взаимосвязанных элементов, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Главной задачей дисциплины является усвоение принципов рационального использования электрической энергии.

Университет организует проведение консультаций письменных или устных. Перед зачетом студентам-заочникам читаются лекции, с ними проводятся практические и лабораторные занятия и выполнение контрольных работ.

В настоящем пособии содержатся общие рекомендации студенту-заочнику по работе над курсом “Основы электроснабжения”, программа курса для профилей заочного отделения направления «Электроэнергетика и электротехника» , задания для выполнения контрольной работы.

ЦЕЛЬ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения учебной дисциплины “Основы электроснабжения” являются является формирование знаний по теории и принципах построения систем электроснабжения промышленных предприятий, ознакомление с совокупностью взаимосвязанных элементов, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

В процессе освоения дисциплины студент формирует следующие компетенции.

1) общекультурные компетенции (ОК):

– способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

– готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

2) профессиональные компетенции (ПК):

- готовность обосновывать технические решения при разработке технологических процессов и выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК-21);

- способность использовать правила техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и нормы охраны труда (ПК-22);

- способность анализировать технологический процесс как объект управления (ПК-28).

МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОСНОВНОЙ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Дисциплина «Основы электроснабжения» является дисциплиной по выбору основной образовательной программы подготовки бакалавров по направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника».

В дисциплине «Основы электроснабжения» излагается материал, относящийся к вопросам эксплуатации и оптимизации систем электроснабжения предприятий, включая технологические процессы на предприятиях. Изучение курса базируется на знаниях, полученных студентами по общеобразовательным дисциплинам, а также по предметам «Теоретические основы электротехники». «Материаловедение (электротехническое)». «Электромеханика». «Физические основы электроники».

. Полученные знания по данной дисциплине используются при изложении ряда вопросов специальных дисциплин: «Электрооборудование промышленности», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Потребители электроэнергии и режимы их работы».

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения дисциплины «Математика» в первых дух семестрах студенты должны демонстрировать следующие результаты образования.

1) Знать:

- о связи курса с другими дисциплинами (ОК-1, ПК-22);

- о роли курса в практической деятельности специалиста (ОК-7, ПК-21);

- об организации взаимоотношений между питающей энерго-системой и потребителями (ПК-21);

2) Уметь:

- работать со справочной литературой и нормативно-техническими материалами (ОК-1, ПК-22);

- анализировать технологические процессы на промышленных предприятиях (ОК-28).

- использовать полученные знания при освоении учебного материала последующих дисциплин (ОК-7)

3) Владеть:

- основными методами выбора стандартного электрооборудования (ОК-7, ПК-21);

- основными методами оптимизации схем электроснабжения объектов (ОК-7, ПК-28);

- основными методиками выбора приборов контроля и аппаратов управления и защиты ( ПК-22, ПК-28);

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ» (СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ)

Общая трудоемкость дисциплины в составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Виды учебной деятельности, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
			Лк.	Лаб	Пр.	Самостоятельная работа
1	Характеристика электрооборудования и электрохозяйства предприятий различных отраслей промышленности	3	2			24 часа. Тема: Предприятия химической и нефтяной промышленности. Машиностроение. Предприятия текстильной и легкой промышленности.
2	Потребители электроэнергии.	3	2			24 часа. Темы: Электрические печи сопротивления. Дуговые электрические печи. Электросварка
3	Преобразователи электроэнергии.	3			2	24 часов. Тема: . Конструкция высоковольтных трансформаторов. Выпрямители.
4	Электроизмерительные приборы и приборы учета.	3		4		25 часов. Тема: Система АСКУЭ. Информационно-измерительные системы. Экономия электроэнергии. Тарифы и расчеты

Содержание разделов дисциплины

Раздел 1.

Характеристика электрооборудования и электрохозяйства предприятий различных отраслей промышленности. Предприятия черной металлургии. Предприятия цветной металлургии. Предприятия химической и нефтяной промышленности. Горно-обогатительные комбинаты. Машиностроение. Предприятия бумажной промышленности. Предприятия текстильной и легкой промышленности.

Раздел 2.

Потребители электроэнергии. Синхронные, асинхронные машины. Электропривод. Электрические печи сопротивления. Дуговые электрические печи. Электросварка. Электролиз. Осветительная нагрузка.

Раздел 3.

Преобразователи электроэнергии. Устройство трансформаторов, принцип действия. Конструкция высоковольтных трансформаторов. Выпрямители.

Раздел 4.

Электроизмерительные приборы и приборы учета. Расчет с энергоснабжающей организацией. Система АСКУЭ. Информационно-измерительные системы. Экономия электроэнергии. Тарифы и расчеты

Практические занятия (или семинары).

Решение задач по теме « Выбор электротехнических устройств и их элементов»

Лабораторные работы.

Изучение шкафов Prizma + и ячеек SM-6 в учебном классе Шнейдер электрик.

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

9.1. Рекомендуемая литература (основная, дополнительная).

основная литература

9.1.1Денисова Н.В. Иванов В.О. Введение в специальность. Казань: Казан.гос.энерг.ун-т, 2005

9.1.2. Правила устройства электроустановок. М., Издательство НЦ ЭНАС, 1999, 80 с.

дополнительная литература

9.2.1. Я.А. Кунгс, М.А. Фаермарк. “Экономия электрической энергии в осветительных установках”.”. М.: Энергоатомиздат, 1984, 160 с.

периодические издания (журналы)

1. Ежемесячный научно-технический журнал «Электротехника». Изд-во ЗАО «Знак», Москва.

программное обеспечение и Интернет-ресурсы

www.twirpx.com/signup/submit/

http://www.electrocentr.info/

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1 Предприятия черной металлургии

Черная металлургия, отрасль тяжелой индустрии, включающая комплекс взаимосвязанных подотраслей: собственно металлургическое (доменное, сталеплавильное, прокатное), трубное и метизное производства, добычу, обогащение и окускование рудного сырья, коксохимическое производство, производство ферросплавов и огнеупоров, добычу нерудного сырья для черной металлургии и вторичную обработку черных металлов. Важнейшие виды продукции черной металлургии: горячекатаный и холоднокатаный прокат, стальные трубы и металлоизделия.

Отрасль потребляет примерно 16-18 % электроэнергетических ресурсов всех предприятий России. За годы пятилеток были реконструированы старые и построены в РСФСР новые металлургические комбинаты, создана угольно-металлургическая база – Урало-Кузбасс. Вступили в строй гиганты современной металлургии – Магнитогорский и Кузнецкий металлургические комбинаты, Новотагильский металлургический завод, реконструированы металлургические заводы в Златоустье, Орско-Халиловске, Череповце и других городах Сибири.

Модернизация устаревших агрегатов позволила существенно увеличить их производительность. Повысилось качество и расширился сортамент металлопродукции, развивалось производство прогрессивных видов металла, дающих экономический эффект в хозяйстве: листового проката, холоднокатаного листа, холоднокатаной трансформаторной стали, гнутых профилей, фасонных профилей высокой точности, низколегированной стали, а также высокопрочных труб, железных порошков, металлокерамики.

За последние 10-12 лет до перестроечного цикла 1991-1995 гг. имело место снижение удельных электрозатрат в производстве чугуна, электростали, в прокате отдельных типов труб. Однако в целом по отечественной отрасли затраты электроэнергии на производство единицы продукции черных металлов были в 1,4-1,8 раза выше, чем в аналогичных производствах Японии и США.

Горнообогатительное производство это в общем случае совокупность процессов первичной обработки твердого минерального сырья с целью выделения продуктов, пригодных для дальнейшей технически возможной или металлургической переработки или использования. Обогащение осуществляется с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения. Вначале производится дробление и измельчение исходного материала с целью доведения его размеров, пригодных для существующих обогатительных процессов и аппаратов, а также для разделения сросткови образования частиц индивидуальных материалов. Собственно обогащение осуществляется с использованием различных физических и физикохимических свойств минералов при помощи операций флотации, сепарации, обжига, промывки, фильтрации и т.д.

Агломерационное производство. Прошедшие обогащение железные руды подвергаются процессу окускования мелких исходных материалов путем их спекания в крупные куски, пригодные для плавки в доменных печах.

Основным технологическим оборудованием для агломерации являются агломерационные машины - агрегат ленточного типа, представляющий собой непрерывную цепь движущихся спекательных тележек (паллет) с днищами в виде колосниковой решетки. Тележка проходит под питателем, которым на нее укладывается шихта заданным слоем, затем под зажигательным горном, где твердое топливо, содержащееся в поверхностной зоне спекаемого слоя, зажигается. Эксгаустером через слой сверху вниз просасывается воздух (80-100 м³/мин на 1 м ² площади спекания), и зона горения перемещается вниз по слою со скоростью 20-40 мм/мин.

На современных агломерационных фабриках прием сырья, дозировка и подготовка шихты, укладка ее на агломерационные машины, а также обработка готового агломерата полностью механизированы и в большей степени автоматизированы.

Главные потребители энергоресурсов в агломерационных цехах - агломерационные машины, смесители, дымососы, вентиляторы. Основными энергоресурсами, которые потребляют данные цеха, являются природный и коксовый газ, электроэнергия, пар, кислород. Потребление топлива достигает 7% от общего потребления предприятием черной металлургии [17].

Коксохимическое производство Предназначено для получения кокса из каменного угля путем его нагрева без доступа воздуха в высокопроизводительных коксовых печах. Сырьем для коксования служат специальные сорта каменных углей ( см. табл. 2), способные спекаться. Однако ввиду дефицитности таких углей перед коксованием обычно составляют смесь углей разных сортов (шихту). В шихту могут вводиться значительные количества самостоятельно не коксующихся углей, однако с таким расчетом, чтобы суммарные свойства шихты обеспечивают нормальный процесс коксования.

Одним из основных элементов технологического процесса на заводах коксохимии является тщательное дробление угля на валковых дробилках. Тонкость помола оказывает значительное влияние на удельный расход электроэнергии: с увеличением окружной скорости дробилки тонкость помола повышается, но снижается производительность, что влечет повышение удельного расхода. По данным [47] увеличение помола шихты (выход класса 3-3 мм) с 88 до 92,4% повышало удельный расход электроэнергии с 1,12 до 2,37 кВтч/т.

В коксохимических производствах применяются крупные электроприемники на подаче воздуха, газов. Мощность электродвигателей до 1000 кВт, а суммарная установленная мощность цехов достигает 15 МВт [17].

Доменное производство чугуна неотъемлемая часть крупных металлургических заводов. Доменный цех завода с полным металлургическим циклом, как правило, имеет не менее трех доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. На многих металлургических заводах в состав доменного цеха входит так называемый рудный двор, где хранится основной запас железных руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор изменения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.

Доменная печь представляет собой шахтную печь круглого сечения: футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя – преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами установленными на фундаменте.

Чугун может быть в домне выполнен из специально подготовленного агломерата, так из руды со всеми добавками по исходному рецепту шихты. В последнем случае шихта (железная руда, марганцевая руда, окатыши, агломерат, горючее, флюсы и т.п.) подается на колошник печи скипами, реже ленточными конвейерами. Скипы (устройство в виде автоматически разгружающего ящика) разгружаются в печь через приемную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике.

Воздух (дутье) от мощных воздуходувных машин (мощности электродвигателей этих машин, а также двигателей от механизмов блока печей систем загрузки могут быть от 1000 до 12000 кВт) подается в печь через воздухонагреватели, в которых он нагревается до 1000-1200ºС, и в фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Продукты плавки выпускаются в чугуновозные и шлаковые ковши через летки, расположенные в нижней части горна, а образующийся в печи колошниковый газ отводится через специальные газоотводы, расположенные в куполе печи. Мощность доменной печи определяется ее полезным объемом. Мощные печи имеют объем 3000-5000 м³.

Основные химические процессы в доменной печи – горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и других элементов. Восстановленное в доменной печи железо частично науглероживается в твердом, а затем и в жидком состояниях. Содержание углерода в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава (обычно более 2%). Чугун содержит также постоянные примеси (Si, Mn, P и S).

Чугун – важнейший первичный продукт черной металлургии, используемый для передела при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Чугун вторичной плавки – один из основных конструкционных материалов, применяется как литейный сплав. В современном машиностроении на долю деталей из чугуна приходится около 75% от общей массы отливок.

К числу мероприятий по снижению удельного расхода электроэнергии в доменном производстве в первую очередь относятся общего характера мероприятия по улучшению использования электроприводов, снижению потерь электроэнергии и т.д. Большие возможности дают чисто технологические мероприятия, например перевод доменных печей на повышенное давление, благодаря чему снижается удельный расход электроэнергии на очистку доменного газа. Известно, что в доменных цехах значительный расход электроэнергии вызывается установками по подаче серых материалов и особенно кокса непосредственно в печь.

По данным [47]: а) при уменьшении содержания в руде железа (менее 60 %) расход кокса повышается на 27 кг на 1 т выплавленного чугуна; б) увеличение содержания кремнезема в известняке (более 2,5 % при расходе известняка 50 кг на 100 кг чугуна) повышает расход кокса на 9 кг на 1 т выплавленного чугуна; в) при добавлении скрапа в шихту расход кокса увеличивается на 210 кг на 1 т скрапа.

Другими словами, снижение расхода кокса за счет приведенных примеров будет способствовать сокращению удельных электрозатрат на операциях подачи сырья в печь.

На расход кокса влияет и качество самого кокса: с ростом содержания серы, зольности имеет место рост его потребления.

Мартеновское производство – производство в мартеновских печах металлургических или машиностроительных заводов литой стали заданного химического состава. Сталь получается путем окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов – чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой среды печи. Мартеновское производство наряду с другими видами производства стали (кислородно-конвертный процесс, электросталеплавильное производство) – второе звено в общем производственным цикле черной металлургии; два других основных звена – выплавка чугуна в доменных печах и прокатка стальных слитков или заготовок.

Более 90 % мартеновской стали выплавляется двумя основными процессами: скрап-процессом и скрап-рудным процессом. Скрап-процесс характеризуется тем, что шихта состоит в основном из скрапа (стального лома). Скрап-процесс обычно применяется на заводах, не имеющих доменных печей, а также в мартеновских цехах машиностроительных заводов.

Наиболее широко распространен скрап-рудный процесс, получивший свое название за счет того, что твердая часть шихты состоит в основном из скрапа и руды; для процесса характерно повышенное количество чугуна (50-80 % от массы металлической части шихты), заливаемого в печь в жидком виде.

Производительность современных мартеновских цехов металлургических заводов может достигать 3000 тыс.т слитков в год и более. Основными потребителями электроэнергии являются различные насосы, вентиляторы, дробилки, краны и т.п. Мощность электродвигателей на кранах от 25 до 200 кВт.

Конвертерное производство, т.е. получение стали в сталеплавильных агрегатах – конвертерах путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и других) и последующему удалению их из расплава. В черной металлургии различают конвертер с продувкой чугуна воздухом снизу (Бессемеровский процесс, Томасовский способ) и кислородом сверху (Кислородно-конвертерный процесс). В конвертерном производстве крупными электроприемниками являются двигатели привода поворота конвертеров. Крупными электроприемниками являются и двигатели дымососов мощностью до 2000 кВт. Установленные мощности электроприемников таких производств достигают 30 МВт.

Прокатное производство – получение путем прокатки стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). В развитых промышленных странах прокатке подвергается больше 4/5 выплавляемой стали.

К основным видам проката относятся: полупродукт, или заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин, в том числе колеса, кольца, оси, шары, профили переменного сечения и др. Основное количество проката изготовляется из низкоуглеродистой стали, некоторая часть – из легированной стали и стали с повышенным (больше 0,4 %) содержанием углерода.

Производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами.

При первом (более старом) исходным материалом служат слитки, которые перерабатываются в готовый прокат.

Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах заготовку. После контроля производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах.

При втором способе, применяемом с середины 20 века, прокатка исходной заготовки заменяется непрерывном литьем (разливкой) на специальных машинах. Благодаря применению непрерывно–литой заготовки упраздняются слябинги и блюминги (прокатные станы для обжатия крупногабаритных слитков), повышается качество проката, устраняются потери на обрезку головной части слитка и т.д.

Преимущества применения непрерывно–литой заготовки в производстве проката становятся еще более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и прокатки в одном неразрывном потоке. Для этой цели созданы литейно-прокатные агрегаты, в которых слиток на выходе из кристаллизатора не подвергается разрезке, проходит печь, где выравнивается температура по сечению, и затем поступает в валки прокатного стана.