H000865 Дипломная работа Выбор аппаратуры защиты и управления приводами

Содержание

Аннотация………………………………………………………………………………4

Введение………………………………………………………………………………... 5

Раздел 1. Электрификация фермы крупного рогатого скота………………………... 5

1.1 Проверочный расчет мощности основных приводов на ферме КРС, выбор типа двигателей………………………………………………………………………… 5

1.2 Выбор аппаратуры защиты и управления приводами………………………..5

1.3 Расчет трудозатрат на проведение эксплуатационных работ по ферме КРС……………………………………………………………………………………..5

Раздел 2. Защита обмоток электрических двигателей от увлажнения…………… 5

2.1 Причины выхода двигателей из строя и виды повреждений………………... 5

2.2 Предохранительный подогрев………………………………………………… 5

2.2.1 Индивидуальный предохранительный подогрев обмоток двигателей 5

2.2.3 Устройства электроосмотической влагозащиты…………………………… 5

Раздел 3. Безопасность жизнедеятельности………………………………………… 5

3.1 Требования безопасности при обслуживании электродвигателей…………. 5

3.1.1 Меры безопасности при пропитке и сушке обмоток……………………… 5

3.1.2 Требования безопасности при испытании электрической прочности изоляции………………………………………………………………………………. 5

Раздел 4. Технико-экономические показатели…………………………………….. 5

4.1 Исходные данные………………………………………………………………. 5

4.2 Расчет экономической эффективности………………………………………. 5

Общие выводы………………………………………………………………………... 5

Список литературы…………………………………………………………………… 5

Аннотация

    Данная  работа  посвящена выбору  силового оборудования фермы КРС на 200 голов с заданной технологией. В пояснительной записке  представлены поверочные расчеты приводов, выбраны типы и параметры аппаратуры защиты и управления,  составлена расчетно-монтажная таблица. Представлен также расчет трудозатрат на проведении эксплуатационных работ по ферме КРС.

Особое место в проекте занимает раздел по разработке  технических мероприятий по защите обмоток двигателей от увлажнения.  В данном разделе приведен расчет параметров устройств при индивидуальной и групповой защиты обмоток электрических двигателей.  В работе также представлены основные сведения по безопасности жизнедеятельности  и технико-экономические показатели.

Введение

На фермах КРС все технологические процессы электрифицированы. При этом значительно повышаются требования к надежности обеспечения работоспособности электрифицированных технологических процессов. Обеспечение этих требований связано с большими затратами трудовых, материальных и финансовых ресурсов. Поэтому проблема обеспечения необходимых показателей надежности электроустановок при одновременном снижении затрат на их эксплуатацию имеет важное значение.

Решение таких задач должно осуществляться как на стадии проектирования и изготовления, так и на стадии эксплуатации. В связи с этим первая часть проекта посвящена электрификации  фермы КРС.

Среди мероприятий, позволяющих снизить интенсивность отказов электродвигателей, кроме правильного их выбора по мощности, условиям окружающей среды и режимам работы, важное место занимают вопросы организации электротехнической службы  и различные технические мероприятия по повышению эксплуатационной надежности.

Правильный выбор электрооборудования, своевременное устранение возникших неполадок позволит сократить технологические простои и тем самым повысит надежность их функционирования. Учитывая большую значимость электродвигателей в электрификации различных машин и технологических процессов,  по удельный вес электроприводов в сельском хозяйстве составляет 70% по установленной мощности и 64% по потреблению электрической энергии, значительная часть проекта посвящена разработке  устройств  защиты обмоток асинхронных двигателей от увлажнения.

Не менее важной задачей является обеспечение безопасности и рационального использования электрооборудования.  Поэтому в дипломной работе уделено особое внимание вопросам техники безопасности и технико-экономической оценке принятых решений.

 

Раздел 1. Электрификация фермы крупного рогатого скота

1.1 Производственные процессы на ферме КРС

      На ферме КРС электрическая энергия широко применяется для привода различных  технологических машин, подогрева воздуха, воды и других целей. По числу, номенклатуре и установленной мощности животноводческие фермы занимают первое место среди других отраслей народного хозяйства. [7]

       На ферме КРС возможно протекание одновременно нескольких технологических процессов, в которых задействовано разнообразное электротехническое оборудование [Типовой проект фермы КРС на 200 голов].

     Доение коров производится в молокопровод с системой доения АДМ – 8А. Эта система предназначена для машинного доения коров в стойлах, транспортировки молока в молочное помещение, группового учета полученного молока, фильтрации, охлаждения и подачи в резервуары для хранения. Доильные аппараты соединяются со  стеклянными молоко и вакуумными проводами с помощью современных молочно-вакуумных кранов.

     В молочной смонтированы системы промывки и первичной обработки молока. Для обеспечения проезда мобильного кормораздатчика предусмотрено устройство перехода ветвей молокопровода.

     Привод вакуумной установки принят электрическим. Молоко из доильного аппарата поступает в молокопровод, затем трансформируется в молочное помещение к дозаторам и в молокоприемник. Затем молоко отделяется от воздуха,  пропускается  через фильтр и охладитель и направляется по назначению. При промывке  моющий раствор отсасывается из сосуда  через доильные аппараты, далее через всю систему молочных трубопроводов поступает в молокоприемник. Далее раствор насосом перекачивается обратно в сосуд для повторного использования или слива в канализацию.

     Кормление животных  предусмотрено из стационарных  бетонных кормушек, грубые  корма  в которые подаются  тракторным кормораздатчиком КТУ-10.

     Для удаления навоза используют  шнековые транспортеры. Система состоит из четырех шнековых транспортеров, удаляющих навоз  по рядам и одного шнекового транспортера, установленного поперек здания, для подачи навоза в сборник. Для удаления навоза используется наклонный  транспортер ТСН-4, который загружает навоз в тележку.

     Водоснабжение коровника на 200 голов предусматривается  от наружных сетей  водопровода, поение коров осуществляется из автопоилок ПА-1 (одна поилка на два стойла).

     Вентиляция коровника приточная, смонтирована на основе отопительно-вентиляционных систем.     В стойловом помещении коровника смонтирован водонагреватель марки ВЭП – 600 для технологических нужд. В помещениях технического обслуживания установлены электрические печи ПЭТ – 4, применяемые для локального обогрева. Помещение для содержания животных оборудовано вытяжными вентиляторами во избежание повышения концентрации вредных веществ выше установленных норм.

Характеристика оборудования фермы КРС

а) Вентилятор вытяжной. (Производительность  3000 м3 \ ч.  Частота вращения  1375 об / мин.;  давление потока воздуха 58  Па; мощность   электродвигателя    0,12   кВт.).

б) Вентиляционная система. ( Производительность    7800 м 3 \ ч ;

 частота вращения вентилятора   1420 об \ мин. ; мощность электродвигателя  2,2 кВт. ; давление потока воздуха    540 Па.).

в) Печь электрическая ПЭТ – 4 (номинальная мощность 1 кВт; производительность тепла  1600  ккал \ ч;  температура нагрева воздуха    до 20 °С.).

г) Воздушная завеса (производительность вентилятора 1000 м3 \ ч.; частота вращения 1420 об \ мин.; давление потока воздуха   176  Па; мощность электродвигателя  1,1 кВт.).

д) Транспортеры шнековые (производительность  7,7 м3 / ч.;

 установленная мощность  4 кВт.; частота вращения  920 об \ мин.).

е) Транспортер скребковый  ТСН– 4 (производительность  4,5  м3 / ч.;

 установленная мощность   1,5  кВт.;  число обслуживаемых  животных  200 шт.).

ж) Электроводонагреватель  ВЭП – 600 (вместимость резервуаров  600 л.;  максимальная температура нагрева воды  90 °С.;

номинальная мощность  10,5 кВт.;  коэффициент полезного действия    96 %.  

1.1 Проверочный расчет мощности основных приводов на ферме КРС, выбор типа двигателей

       При электрификации  сельскохозяйственных объектов большое   значение имеет  правильный выбор силового оборудования, так как это влияет на рациональное использование электрической энергии и на его надежность. [2,7]

Выбор электрического двигателя шнекового транспортера

Удаление навоза из помещений – сложный процесс в технологии выращивания животных. Если размеры хозяйства слишком велики, то убирать навоз вручную невозможно. Очистка помещений для содержания животных позволит улучшить микроклимат (при частой уборке снижается уровень содержания аммиака и азотистых газов в воздухе) и поддерживать чистоту и уровень гигиены. В результате повысится уровень комфорта животных. [2,4]

 

Рис. 1.1.  Кинематическая схема шнекового навозоуборочного транспортера:

1 – электродвигатель;  2 – ведущий шкив; 3 – ведомый шкив; 4 – приводные ремни; 5 – редуктор; 6 – муфта кулачковая; 7 – два роликоподшипника; 8 – шнековый транспортер;

Расчет мощности:

 

  коэффициент запаса мощности трансформатора,  ;

  производительность трансформатора, H/м;

  расстояние между осями концевых барабанов, м;

  коэффициент полезного действия механизма редуктора,

 

  коэффициент сопротивления материала;

                                              (1.2)

  поголовье животных;

  масса навоза одного животного за сутки;

 

С учетом  

 

 

 

     Данный транспортер укомплектован  двигателем АИР112МВ6У5:  = 4,0 кВт; n =  920 ;  =  9,2 А;  = 0,82; cos  = 0,81;  = 6,0;  = 2,0;  = 1,8;  = 2,5.

Выбор электрического двигателя вентилятора

Для поддержания оптимальных параметров микроклимата внутри стойлового помещения необходимо правильно выбрать электропривод вентилятора.

Расчет воздуха для вентиляции животноводческого помещения определяют по следующим показателям. [10]

 

где W - количество влаги, выделяемой животными и другими источниками (испарение из пола, кормушек и т.д.);  - допустимое содержание влаги в воздухе внутри и снаружи помещения;

                     (1.4)

где  - влага, выделяемая животными при относительной влажности  ;   влага, выделяемая из кормушек и пола;

                     (1.5)

 

где   выделение водяных паров одним животным; n- количество животных;   коэффициенты учитывающие изменение количества выделяемых животным паров в зависимости от температуры воздуха внутри;   ,   испарение влаги с мокрых поверхностей помещения;

            (1.6)

             ,

где   содержание в воздухе в насыщенном состоянии при данных температурах внутри и снаружи помещения;   г/кг,   г/кг;   относительная влажность воздуха внутри и снаружи помещения;

     плотность воздуха при данных температурах;  ;  ;

Расход воздуха на удаление избыточной углекислоты:

 

где с - количество вредностей, выделяемых одним килограммом массы животного; с = 143  ;   масса животного;  ;   допустимое содержание углекислоты внутри помещения;   допустимое содержание углекислоты в наружном воздухе.

 

где   лишняя теплота в тепловом балансе при данных   выделяемая животными;    теплоемкость воздуха;

  ;

                        (1.9)

где   количество теплоты, выделяемой животным в течении одного часа;   1009,79  кДж/(ч гол);

За расчетную производительность вентиляционной установки принимаем наибольшее  значение расхода воздуха из трех результатов, приведенных выше,    .

Расчет напора вентилятора:

 

  динамический напор, Па;   статический напор, Па;

 

где  удельный вес воздуха;      скорость движения воздуха;    ускорение свободного падения;  

                     (1.11)

  удельное сопротивление движению воздуха, Па/м.

 

  диаметр воздуховода;  

Потери напора в местных сопротивлениях составляют порядка 10…12 % динамического напора; ∑Я = 0,1; Н = 11,75 Па.

По часовой производительности и расчетному напору выбираем вентилятор Ц4-70 № 5;  = 7800м3/ч;  = 540 Па;  = 1375  ;  = 0,58.

Потребляемая мощность вентилятора:

 

  коэффициент запаса;     коэффициент полезного действия вентилятора;    коэффициент полезно действия передачи;  

б) Выбор электрического двигателя

       Опыт эксплуатации вентиляционных установок животноводческих

помещений показывает, что приводы приточных вентиляторов, в основном работают в длительном режиме. В связи с этим выбирают электрический двигатель, исходя из следующих условий:

1. По мощности  (принцип достаточности)    ; 2,2 > 2 кВт.

2. По роду тока и напряжения (перемещенного тока - I,  = 380/220 В)

3. По частоте вращения:  > ; 1420 > 1375 мин-1

4. По климатическому исполнению и категории размещения.

5. По способу защиты от воздействия окружающей среды

6. По конструктивному исполнению и способу  монтажа.

7. По модификации.

Выбираем двигатель  серии  АИР90L4У5  с номинальными параметрами:

 = 2,2 кВт;  = 1420 ;  = 5 А;  =0,8; cos =0,83;  = 6;  =2,1;  

 =1,6;  =2,4; m=28,7кг.

       Проверка двигателя по условиям запуска и перегрузочной способности в данном случае не имеет смысла, т.к. момент трогания вентилятора меньше номинального момента.

       Вывод: Выбранный электрический  двигатель в комплексе с вентилятором удовлетворит потребности животных в воздухе.

Данные выбора электрических двигателей рабочих машин сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1. Технические характеристики

№

Силовое

оборудование Количество

электродвигателей Марка

электродвигателя Параметры

электродвигателя

1 Вентилятор 2 АИР90L4У5  = 2,2 кВт;  = 1420 ;  = 5 А;  =0,8; cos =0,83;  = 6;  =2,1;    =1,6;  =2,4; m=28,7кг.

2 Трансапортер шнековый 5 АИР112МВ6У5  = 4,0 кВт; n =  920 ;  =  9,2 А;  = 0,82; cos  = 0,81;  = 6,0;  = 2,0;  = 1,8;  = 2,5

3 Воздушная завеса 4 АИР80А4У5  = 1,1кВт; n=1400 ;  = 2,7А;  = 0,75;   cos  = 0,81;  = 5,0;  = 2,0;  = 1,6;  =  2,2; m = 17,4кг

4 Транспортер скрепковый 1 АИР80В4У5  = 1,5 кВт;  n = 1400 ; = 3,5А;   = 0,77;  cos н = 0,83; = 5,0;  = 2,0;  = 1,6;  = 2,2; m = 20,4 кг

5 Вытяжной вентилятор 1 АИР56В4У5  = 0,18кВт; n = 1370 ;   = 2,1А;    = 0,64; cos н = 0,64;   = 2,5;  = 2,0;  = 1,7;  = 2,2; m =6,3кг

6 Насос электроводонагревателя 1 АИР71В4У5  = 0,75кВт;  n = 1370 ;  = 2,1А;    =  0,72; cos = 0,73;

 = 4,5;  = 2,0;  = 1,8;  = 2,2; m = 15,1кг

7 Молочный насос 1 4АИР80В4У5

 = 1,5кВт;  n = 1410 ;  = 3,5А;    =  0,79; cos = 0,8;

 = 6,7;  = 2,2;  = 1,6;  = 2; m = 14,7кг

8 Водокольцевой вакуумный насос 1 АИР112М4У5  = 5,5кВт;  n = 1440 ;  = 11,5А;    =  0,85; cos = 0,86;

 = 6,7;  = 2,3;  = 1,6;  = 2; m = 38,5кг

Продолжение таблицы 1.1.

1.2 Выбор аппаратуры защиты и управления приводами

    Для защиты электротермического оборудования (отопительно-вентиляционные системы, котлы, печи) применяем автоматические выключатели и магнитные пускатели.

       Для защиты других электродвигателей применяем типовую схему включения с использованием  автоматических выключателей, магнитных  пускателей и тепловых реле. Ящики управления выбираем в соответствии  с установленной в них аппаратурой. Выбор сечения провода или кабеля выбираем в зависимости от их загрузки по длительно допустимому току.

Условия выбора аппаратуры [2,6,7]:

1. Uа ≥ Uс ;

2. Ιа  ≥ Ιр.макс;

3. Ιт.р ≥ Ιр.мак.;

4. Ιу.т.р. = Ιр.макс;

5. Ιо ≥ Кн • Ιпус.;

6. Uк = Uс (Uупр);

7. По  исполнению (число фаз, тип расцепителя, степень защиты и т. д.);  

где  Iр.макс.=Iн при Кз 0,7;

         Iр.макс.=1,1•Iн•Кз при Кз 0,7;

       Uа –  номинальное напряжение автомата,  В;   Uс – напряжение сети,  В;

       Ιа  – номинальный ток автомата;  Ιр.макс. – расчетный максимальный ток,А;

       Ιт.р.  – номинальный ток теплового расцепителя;  

       Ιу.т.р. – ток уставки теплового расцепителя, А;

       Ιо  – ток срабатывания электромагнитного расцепителя,  А;

       Uкат  – номинальное напряжение катушки магнитного пускателя, В;

При выборе автоматического выключателя используем условия: 1,2,3,4,5,7.

  При выборе магнитного пускателя: 1,2,6,7.

При выборе теплового реле: 1,2,3,4,7.

1. Двигатель вентилятора имеет номинальный ток    = 5,0 А;  = 30 А  

Выбираем автоматический выключатель АЕ2016-10Р   = 10А

С напряжением выключателя  500В > 380В;  

= (1,05…1,22)•Iн = 6 А;

6 А > 5,0 А;

Тогда

                                             =    •  = 6 •12 = 72 А;                                       (1.14)

  Определяем  ток отсечки с учетом коэффициента надежности

;

 1,5 – коэффициент надежности (учитывает разброс отсечки, апериодическую  составляющую, отклонение напряжения и так далее)

72А > 45А;    

Все перечисленные условия соблюдаются.

Выбираем  магнитный пускатель  серии ПМЛ-1220  = 10A

Этот магнитный пускатель выпускается со встроенным тепловым реле

РТЛ-1010  = 25A; с пределом регулирования тока уставки  3,8…6А, принимаем ток уставки теплового расцепителя  5 А.

Также все условия соблюдаются.

      Сеть силового электрооборудования выполняется от силового щитка до ящиков управления кабелем марки ВРГ на скобах либо в профиль, от ящиков управления до приемников  проводом марки ПВ5 в трубе.

       Сечение каждого участка силовой сети принимаем по длительно допустимым токам нагрева. Выбор сечения производим по [2,5], по таблицам длительно допустимых токов.

Условия выбора:      

   

где    – длительно допустимый ток провода, А;

  – ток  срабатывания теплового расцепителя автомата или номинальный ток электромагнитного расцепителя,  А;

 = 6А;    

Принимаем провод ПВ-5(1 х 2,5)   = 22А; S = 2,5мм2.

2. Транспортер шнековый (по плану №7, №8,№9, №10, № 13):

Двигатели  с номинальным током  = 9,2 А;  = 55,2 А  

Для управления  и защиты двигателей  принимаем автоматический выключатель АЕ 2016-10; Iа = 10 А;    ;

 

 

 

120 А > 82,8  А;

  Принимаем магнитный пускатель ПМЛ 1220;  = 10 А.

С тепловым  реле РТЛ1014;  = 25 А; с пределом регулирования тока уставки теплового расцепителя    7…10 А, принимаем уставку  теплового расцепителя равную  9,2 А.

Принимаем провод  ПВ-5(1 х 2,5),  = 22 А; S = 2,5 мм2

Выбираем ящик управления Я5114;  = 25 А

 

Автоматический выключатель АЕ2036-10Р,  = 25 А,  ;

 ;

 

Принимаем кабель ВРГ,  = 31 А;  S = 4 мм2

3. Транспортер шнековый (по плану №13):

Двигатель  = 9,2 А

Автоматический выключатель АЕ2016 – 10Р;  = 10 А;  ;  

 

 ;  ;

120 А > 82,8 A;

   Магнитный пускатель ПМЛ 1220;  = 10 А

Тепловое реле РТЛ 1014;  ; с пределом регулирования тока уставки теплового расцепителя 7…10 А., с  уставкой теплового расцепителя  9,2 А.

Провод ПВ-5(1х2,5)  = 22 А;

Выбираем ящик управления Я5111;  = 10А

Автоматический выключатель АЕ2016 – 10Р;  = 10 А;

 ;  

 ;  А; 120 А > 82,8 A;

Принимаем кабель ВРГ,  ; S = 2,5 мм2

Данные выбора защитной аппаратуры и управления приводами рабочих машин занесены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2. Пускозащитная аппаратура приводов

№ п\п Наименование

Оборудования Автоматический выключатель Магнитный пускатель Тип теплового реле Провод  Ящик управления Кабель

1. Вентилятор

Iн=5,0А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1010

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5)  ВРГ(4х2,5)

2. Воздушная завеса

Iн=2,7А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1008

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5) Я5111

Iн=10А ВРГ(4х2,5)

3. Транспортер шнековый

Iн=9,2А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1014

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5) Я5111

Iн=10А ВРГ(4х2,5)

4. Транспортер скребковый

Iн=3,5А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1008

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5) Я5110

Iн=4А ВРГ(4х2,5)

5. Вентилятор вытяжной

Iн=0,18А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1005

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5) Я5110

Iн=4А ВРГ(4х2,5)

6. Электроводонагреватель

Iн=2,1А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1006

Iа=25А ПВ5-

(1х2,5) Я5114

Iн=25А ВРГ(4х4)

 

7. Молочный насос

Iн=3,5А АЕ2016-10Р Iа=10А ПМЛ-1220 Iа=10А РТЛ-1008

Iа=25А ПВ-5

(1х2,5) Я5114

Iн=25А ВРГ(4х4)

8. Водокольцевой вакуумный насос

Iн=11,5А АЕ2026-16Р Iа=16А ПМЛ-2220 Iа=25А РТЛ-1016

Iа=25А ПВ-5

(1х2,5) Я5114

Iн=25А ВРГ(4х4)

Продолжение таблицы 1.2.

 

Выбираем защитный аппарат на вводе в щит распределительный  

ШР11-73509-22УЗ.  

Определяем суммарный номинальный ток всех потребителей.

 

     Определяем  суммарный номинальный и расчетный ток для щита распределительного  ШР11-73703-22УЗ. Основные сведения о потребителях и аппаратах приведены на  графическом листе № 2

 

Суммарный ток:

                           (1.16)

 

При суммарной мощности от 51 до 110  кВА,  Ко = 0,8;

Принимаем автоматический выключатель А3714Б;  Iн =160А;

 ;   ;

Принимаем кабель НРГ (4х70) с  ; S = 70 мм2 .