Проектирование электроснабжения трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии

У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другое.

Двигатели на кранах обычно имеют значительно большую угловую скорость, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста (тележки), то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы.

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом, при помощи которого движение от барабана передаются крюку. У полиспаста передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, осуществляется через редуктор, расположенный в средней части моста, широко применяется также схема механизма передвижения моста с раздельным приводом ходовых колес. Каждый механизм крана имеет механический тормоз, который устанавливается на соединительной муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве, на противоположном конце вала двигателя.

Согласно действующим стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы: Л – легкий режим работы, С – средний, Т – тяжелый и ВТ – весьма тяжелый. Основными показателями, по которым судят о режимах работы, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ.

Помимо тяжелых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находится в условиях тряски, высокой влажности воздуха, резких колебаний температуры и запыленность помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудование, приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежностью.

Основное крановое электрооборудование: электродвигатели, силовые, магнитные и командные контроллеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие – в значительной степени стандартизировано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованиям по типовым схемам.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к.з. и значительных перегрузок на кранах предусматривается максимальная токовая защита. Плавкие предохранители используют только для цепей управления. Для предотвращения само запуска двигателей, т.е. самопроизвольного пуска их при

 восстановлении напряжения сети после перерыва в электроснабжении, в электрических схемах кранов используют совместно с «нулевой» защитой блокировку нулевой позиции контроллеров.

Обязательным является наличие конечных выключателей для автоматической остановки механизмов при подходе их к крайним положениям. Для безопасности обслуживания электрооборудования люк для выхода из кабины на мост снабжается конечным выключателем, снимающим напряжение со вспомогательных троллеев при открывании люка. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются.

Механизмы кранов оснащаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами, которые могут оказаться под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

1.3 Требования, предъявляемые  к электроприводам крана

Крановый электропривод работает в специфичных условиях, определяемых условиями работы крановых механизмов, к которым относятся: работа в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час, различные внешние воздействия на оборудование крана.

Выбранная схема электропривода должна удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечить надежность  работы всех элементов и узлов  механизма электропривода;

- осуществить  пуск, реверс, торможение привода, создание  необходимых диапазонов регулирования  скорости;

- обеспечить надежность  защиты электрооборудования от  токов короткого замыкания и  перегрузок, т.е. схема должна иметь  все виды защиты, предусмотренные  в ПУЭ.

Наиболее распространенный на кранах электропривод асинхронный с фазным ротором, со ступенчатым регулированием угловой скорости, путем изменения величины сопротивления в цепи ротора. Такой привод достаточно прост, надежен, допускает большое число включений в час и применяется при средних и больших мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно в широких пределах изменять токи и потери энергии в двигателе при переходных процессах, а также получить понижение угловой скорости.

Выбираем тип электропривода для механизмов крана - электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ротором, управляемый командоконтроллером с пускорегулирующим сопротивлением в цепи ротора. Выбор типа электропривода проведем на основании технических и экономических условий, а также требований, предъявляемых к электроприводу крана. Однако этот привод неэкономичен из-за значительных потерь энергии в пускорегулирующих сопротивлениях, кроме того, имеет повышенный износ двигателя и контактной аппаратуры управления. Несмотря на это электропривод переменного напряжения остается более выгодным по сравнению с приводом на постоянном токе.

При выборе двигателей для кранового оборудования наиболее сложным считается расчет мощности по условиям теплового режима работы. Специфические способности крановых машин характеризуются повышенными, постоянными потерями и изменяющимися условиями вентиляции при регулировании, что приводит к большим погрешностям при расчете теплового режима работы двигателя по общепринятым методам эквивалентного тока или момента. Эти методы являются достоверными только тогда, когда фактическая продолжительность включения равна номинальной, а число включений и энергия постоянных потерь в цикле соответствует номинальным расчетным параметрам.

Достоинствами оборудования крана переменного тока является:

1. Меньшая стоимость асинхронных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока.
2. Простота обслуживания и ремонт асинхронных двигателей. Если эксплуатационные затраты для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором принять за I, то для двигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для двигателей постоянного тока -10.
3. Отсутствие необходимости в преобразователях переменного тока в постоянный, что так же удешевляет электрооборудование.

Недостатками оборудования крана переменного тока является:

1. Невозможность простыми способами получения жестких характеристик при подъеме и, особенно при спуске груза на малых скоростях, т.к. невозможно предсказать, какую скорость будет иметь двигатель на каждом из положений контроллера, при подъеме и опускании разных по весу грузов.

2. Практическая независимость скорости АД, работающего на естественной характеристике, от величины поднимаемого груза (механическая характеристика – жесткая). В результате время подъема грузозахватного устройства (холостой ход для механизма подъема) такое же, как и время подъема груза.

3. Электроаппаратура  с катушками на переменном  токе и тормозные электромагниты  переменного тока работают менее  надежно, чем на постоянном токе (катушки при частных отключениях  перегреваются из-за больших токов  включения, при витковом замыкании  хотя бы одного витка катушки  перегревается и выходит из  строя; при недовключении тормоза  или аппарата катушка потребляет  большой ток и перегревается)

4. Электрооборудование  на переменном токе чаще выходит  из строя в результате однофазных  замыканий на землю, т.к. в системе  с глухозаземленной нейтралью каждое такое замыкание сопровождается выгоранием места замыкания и немедленным выходом из строя электрооборудования. На постоянном токе этого нет, и краны с замыканием одного полюса на землю могут некоторое время работать, представляя электрикам время для поисков места замыкания на землю. Опасным на постоянном токе, с точки зрения выгорания, является лишь одновременное замыкание на землю обоих полюсов.

Для переменного тока выбираются двигатели с фазным ротором серий МТF, МТ, МТН или МТМ. Следует сразу же выписать технические данные трех двигателей: ближайшего по мощности к расчетной., а также ближайшего меньшего и ближайшего большего двигателей, т.к. при проверке по нагреву может возникнуть необходимость произвести расчеты с этими двигателями.

Выбор системы электропривода крана определяется в значительной мере требованиями к его механическим характеристикам, а эти требования изменяются в зависимости от рода технологических операций, выполняемые краном. Так, для монтажных кранов необходимы жесткие механические характеристики и большом диапазон регулирования в то время, как для магнитных кранов, транспортирующих скрап, стружки и т.п. указанные требования не играют роли. В настоящее время для кранового привода переменного тока применяются следующие системы:

1. Схемы с силовыми контроллерами на переменном токе (ККТ60А, ККТ61А, ККТ62А, ККТ63А, ККТ65А, ККТ66А, ККТ68А).
2. Схемы с магнитными контроллерами (ТА, ТА3, ДТА, ТСА, ТСА3, ДТСА).
3. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи роторами.
4. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи статора.

Для большинства кранов, работающих в цехах, применяют системы по п.1 и п.2. Таким образом, необходимо выбрать для проектируемого крана схему либо силового, либо магнитного контроллера. Силовой контроллер требует меньше затрат на эксплуатацию, имеет небольшую массу и габариты. Недостатком его является зависимость пусковых характеристик двигателя от скорости перевода рукоятки контроллера с положения на положение. При быстром переводе рукоятки могут возникнуть чрезмерные пусковые токи. Требовать же от машиниста перевода рукоятки с задержкой времени между положениями можно только при небольшом числе переключений в час и при небольшом числе управляемых механизмов. Другим недостатком силовых контроллеров являются довольно большие усилия, требуемые от машиниста для перевода рукоятки, что при большом числе включений в час приводит к усталости машиниста и снижению производительности труда.

Силовые контроллеры могут быть применены лишь для двигателей малой мощности: - для асинхронных двигателей с фазным ротором без применения реверсоров - до 30 кВт, при напряжении 380. В, с применением реверсоров до

75 кВт при напряжении 380 В. Применение магнитных контроллеров  позволяет автоматизировать процессы  пуска и торможения, при этом  машинист рукоятку командоконтроллера  может переводить в любом направлении  с любой скоростью. Усилие воздействия  на контроллер меньше, чем на  силовой, что также облегчает  труд машиниста.

Мощность двигателей управляемых магнитными контроллерами достигает 150 кВт. Недостатками магнитных контроллеров являются: большие габариты и масса, высокая первоначальная стоимость, более высокие эксплуатационные расходы ввиду необходимости обслуживать большое число электроаппаратов. Затруднен также и поиск неисправностей, который требует более высокой квалификации обслуживающего персонала. Для того чтобы сделать выбор схемы нужно знать мощность двигателя и режим работа крана, мощность двигателя определяется расчетами, а режим работы по таблице Госгортехнадзора. Зная мощность двигателя и режим работы механизма, выбирают систему управления. После того, как определена схема управления силовой или магнитный контроллер, необходимо по каталогам выбрать конкретный тип силового или магнитного контроллера.

Для регулирования скорости вращения двигателей крана необходимо произвести расчет величин сопротивлений ступеней, выбрать стандартные ящики и составить монтажную схему соединений. Для определения величин сопротивлений ступеней существуют графические, аналитические и графо-аналитические методы расчета. В настоящее время для крановых электроприводов применяют как правило стандартные ящики сопротивлений с использованием фехралевых элементов (Fe-80%, Cr-15%, AL-5%) имеют следующие достоинства: большое удельное сопротивление (1,18 0ммм2/м), малый температурный коэффициент (0,00008), высокую допустимую температуру нагрева (850°С), достаточную механическую прочность.

Рекомендуется выбирать ящики резисторов на длительно допустимые токи 215 А и выше типов НФ-1 (нормализованный фехралевый) и БРФ, БРП, БК, БФК, КФ (блок резисторов крановый фехралевый). Необходимо четко помнить разницу между элементами и ступенью сопротивления. В каждом ящике 6 элементов и 5-7 ступеней. Элемент состоит из стального остова, на котором установлены фарфоровые сегментные держатели с желобками для наматываемой на ребро фехралевой ленты. К концам фехралевой ленты приварены медные пластинки, служащие для соединения элементов между собой. Для ящиков на токи 215+124 A (4 типа) сделаны также от пайки от середины элементов. Ступени же ящиков на большие токи  представляют эквивалентное сопротивление двух половин элементов, включенных параллельно. В этом случае сопротивление ступени в четыре раза меньше, чем сопротивление элемента. Для рассмотренных ящиков характерно то, что сопротивления нельзя изменять плавно, а можно подбирать, включая последовательно, параллельно и комбинированно только те части элементов, от которых сделаны отпайки на заводе. Ящики обычно монтируются на стеллажах, изготовленных из стального уголка. Допускается установка один над другим до шести ящиков. Соединение между отдельными ящиками и в пределах одного ящика производятся голыми медными проводами или шинами.