Проектирование. методичка по проектированию.1. Общие методические указания по изучению дисциплины методические указания по дисциплине Проектирование систем электрификации
Скачать 122.68 Kb.
|
Перечень графической части:План сооружения (объекта) с нанесением электрических сетей; план производственного помещения с нанесением технологического оборудования, электрооборудования и внутренних электросетей. Конструктивный чертеж электрифицированной установки; принципиальная схема (или схема соединений) автоматизации технологического процесса, поточной линии, установки. 3.2. Задания для курсового проекта При выборе темы рекомендуется учитывать возможность дальнейшего использования материалов курсового проектирования при выполнении студентом уже дипломного проектирования в соответствии с утвержденной темой. В качестве тем курсового проекта принимается система электрификации сельскохозяйственных производственных объектов: коровника, свинарника, птичника, кормоцеха, зерноочистительно-сушильного пункта, овоще- или фруктохранилища, теплично-парникового хозяйства, ремонтной базы, подсобного предприятия и др. При решении задач систем электрификации объекта необходимо в соответствии с принятой темой рассмотреть более подробно электрификацию и автоматизацию одного из технологических процессов (поточной линии или установки), таких как, приготовление и раздача кормов, уборка навоза, создание микроклимата, вентиляция или отопление, пастеризация молока, сушка сена, обработка зерна, приготовление травяной муки и др. Задание на выполнение курсового проекта по рекомендованной тематике прилагается в таблице 2. Пример: При шифре студента 2801 тема проекта будет определена как «Проектирование системы электрификации коровника с разработкой автоматизации процесса уборки навоза» (показатели объемов производства устанавливаются преподавателем). Таблица 2
3.3. Пример выполнения задания Пример выполнения пункта 5. К силовым нагрузкам в проектируемом цехе по ремонту силовых трансформаторов относятся электропривод технологических машин и агрегатов. Расчетную мощность электродвигателя для выбранной рабочей машины определяем по формуле: где: – потребляемая мощность на приводном валу машины, кВт; – КПД передачи. По полученной расчетной мощности сначала выбираем из каталога ближайший по мощности электродвигатель. Затем в зависимости от режима работы двигателя проверяем его на соблюдение всех или ряда следующих условий. По условию нагрева: где: – номинальная мощность электродвигателя, кВт; – эквивалентная мощность электродвигателя, кВт; – коэффициент механической перегрузки. Эквивалентную мощность находим по формуле: где: – мощность на валу электродвигателя в ί-тый период работы, кВт – продолжительность ί-го периода, с; n – количество периодов работы. Коэффициент механической перегрузки находим через коэффициент тепловой перегрузки Рм: где: – продолжительность работы электродвигателя, с; – постоянная времени нагрева, с; По условию пуска: где: – номинальная мощность электродвигателя, кВт; – момент строгания механизма, Н·м; – номинальная частота вращения электродвигателя, с¯¹; - момент сопротивления, Н·м; – кратность пускового момента; - кратность пускового напряжения. По условию устойчивой работы: где: - максимальный момент на валу электродвигателя, Н·м; – кратность критического момента; – кратность напряжения на зажимах работающего АД. По допустимой частоте включений: где: и – фактическая и допустимая частоты включения в часах соответственно; – номинальные потери мощности электродвигателя, кВт; β – коэффициент учитывающий ухудшения условий охлаждения электродвигателя; ε – относительная продолжительность включений, определяемая за несколько циклов, tр/Гц; и – потери при пуске и торможении электродвигателя соответственно. Превышение температуры обмотки двигателя определяется по формуле: где: с – удельная теплоемкость материала обмотки двигателя, Дж/кГ; m – масса двигателя, кГ. Выбрав установленную мощность двигателей , определяем присоединенную мощность, которая потребляется электродвигателем машины из сети при номинальной нагрузке: где: – КПД электродвигателя при номинальной нагрузке. Действительная мощность, потребляемая из сети, может отличаться от значения присоединенной мощности в виду возможного понижения нагрузки рабочей машины относительно номинальной. Эти два фактора учитываются коэффициентом загрузки двигателя: где: – коэффициент соответствия; – коэффициент загрузки рабочей машины. Коэффициент соответствия определяется как отношение расчетной мощности к установленной (присоединенной) мощности электродвигателя: Коэффициент загрузки рабочей машины представляет собой отношение среднечасовой мощности, потребляемой машиной, к ее потребной мощности: Коэффициент загрузки для машины с равномерным графиком нагрузки принимается равным единице (вентиляторы, насосы), а для машины с неравномерной нагрузкой колеблется в пределах от 0,6 до 0,9. После определения коэффициентов подсчитываем фактически потребляемую двигателем мощность, называемую максимальной мощностью: Для тепловой и осветительной нагрузки: Иначе говоря, максимальная мощность однотипных блокоприемников определяется с учетом коэффициента одновременности, принимаемого в целом для группы. Число часов работ машин в сутки и за период (год) определяется из конкретных условий работы машин. где: и – объем перерабатываемой продукции в сутки и за год в тоннах соответственно; расход электроэнергии в сутки и за год находим по формулам: , кВт · ч; , кВт · ч. Рассчитаем двигатель кран – балки , так как параметры двигателя зависят от возможности выполнения задуманных операций, в случае с центробежным насосом для откачки масла мощность двигателя будет лишь влиять на скорость откачки масла из бака, вентилятор в цехе необходим для уменьшения показателей паров масла вдыхаемых персоналом в процессе работы. Определение мощности двигателя кран-балки: Мощность нагрузки РХ (Вт) на валу электродвигателя привода механизма подъёма определяется формулой: РХ = Gv /П, Для расчета вес груза поднимаемого будет равен максимальному весу , т.е. массе максимально тяжелого силового трансформатора мощностью 1000 кВА, и массе строп и крюка G= Gгруза + Gгр.устр.= 4065 кг Gгруза = 4040 кг , т.к. это масса наиболее тяжелого силового трансформатора мощностью 1000 кВА серии ТСЗ с литой изоляцией типа GDNN (ТМЗ 1000 – 3160 кг, ТМГ 1000 – 2480 кг, ТМ 1000 – 2950 кг) Gгр.устр = 25 кг ,это масса строп и крюка. v – скорость подъема груза, в данных условиях скорость подъема на мой взгляд необходимо взять 0,7 м/с , что обеспечит возможность поднятия обмоток без зацепов за внутренние конструкции бака. П = 0,8 подставив эти значения в формулу получим: РХ = Gv /П = (4065*0,6) / 0,82 = 2974 кВт, По полученной расчетной мощности сначала выбираем из каталога ближайший по мощности электродвигатель. Затем в зависимости от режима работы двигателя проверяем его на соблюдение всех или ряда следующих условий. Выбираем двигатель АНР 90 L2 мощностью Рн = 3,0 кВт, nн = 2865 об/мин, cos = 0,9 , н = 84 , Iп/Iн = 6 , Mп/Mн = 2,0 , Mк/Mн = 2,4 ,Mм/Mн =1,6 , J = 0,0087 ,масса двигателя 22,1 кг Проверяем двигатель по условиям пуска: где: = 3,0 кВт – номинальная мощность выбираемого двигателя; = 2865 · 0,105=300 рад/сек – номинальная частота вращения электродвигателя, с¯¹; = Рн/Wн = 3000/300 = 10(Н·м) – номинальный момент электродвигателя, Н·м; = 2,0 – кратность пускового момента двигателя; = 0,7 – кратность пускового напряжения при (∆U=30%). Момент трогания на валу двигателя в Н·м определяем по формуле: Мтр = (g · G · d)/(η · ί · Vп), где: d = 0,021 м – диаметр трубчатого вала; ί = 200 – передаточное число редуктора. Следовательно: Мтр = (9,8 · 4065 · 0,021)/(2 · 200 · 0,7) =3,0 Н·м где: 2974/300 = 4 (Н·м) – максимальный момент на валу электродвигателя; = 2,4 – кратность критического момента электродвигателя; = 0,9 – кратность рабочего напряжения при U = 10 %. = [9,9/(2,4 · 0,81)] · 300 = 1529 (Вт). условие устойчивости работы (3000 Вт > 1529 Вт) выполняется. Находим присоединенную мощность электродвигателя: где: = 0,84 – КПД электродвигателя. Выбрав установленную мощность двигателей Руст, определяем присоединенную мощность, которая потребляется электродвигателем машины из сети при номинальной нагрузке: где: ηном – КПД электродвигателя при номинальной нагрузке. Фактически потребляемая двигателем из сети мощность определяется выражением: , где: = 0,5 – коэффициент загрузки электродвигателя. Следовательно: = 3,57 · 0,5 = 1,7 кВт. Годовое потребление электроэнергии двигателем мотор – редуктор равно: где: = 300 ч – число часов работы двигателя в году. Аналогично подсчитываем остальные нагрузки электродвигателей насосов подачи масла и вентиляционной установки. При расчетах насосов и вентиляторов принимаем: = 1 и = 1. Результаты расчетов сводим в таблицу.
Пример выполнения пункта 9 1. Производственный объект – цех по ремонту трансформаторов. 2. Вид источника света РЛВД. 3. Расчетная освещенность общего электроосвещения основного производственного помещения, беру из справочника Кнорринга, для цеха по ремонту трансформаторов (для газоразрядных ламп) – 200 лк. 4. Расчетные размеры основного производственного помещения. длина 20 метров ширина 15 метров высота 5,5 метров 5. Количество однотипных вспомогательных помещений – 2. 6. Общая площадь вспомогательных помещений от площади основного помещения – 7%. Для освещения цеха по ремонту трансформаторов, выбираем рабочее освещение, обеспечивающее нормированную освещенность во всех точках рабочей поверхности, соответствующее качество и равномерность освещения. Для основного производственного помещения заданная минимальная освещенность Е = 200 лк. Для однотипных вспомогательных помещений нормированная освещенность ЕВ = 20 лк. Снижение светового потока осветительной установки из-за загрязнения осветительной установки учитываем коэффициент запаса К = 1,5, по условиям среды для цеха по ремонту трансформаторов с активной химической средой выбираем светильники по светотехническим характеристикам с КСС типа Д. Расчет размещения светильников Используя равномерность размещения светильников по вершинам прямоугольников. Оптимальное расстояние между светильниками определяем по формуле: сНр L где: с – относительная светотехническое наивыгоднейшее расстояние между светильниками Нр- расчетная высота подвеса светильников Численное значение с зависит от кривой силы света. Для КСС типа Д рекомендуемые значения с = 1,2 –1,6. Расчетная высота подвеса светильников определяется по формуле: Нр = Но – hсв - hраб где: Но – высота помещения, м. hсв - высота свеса светильников, м. hраб – высота освещения рабочей поверхности от пола , м. Основное требование при выборе расположения светильников – доступность для их обслуживания. Обслуживание с приставных лестниц и стремянок допускается при высоте светильников над полом не более 5 метров. Поэтому, учитывая что освещаемая поверхность – пол цеха, принимаем Нр = 4 м, hсв = 1,5 м,тогда 1,2 4 L , принимаем L = 5 м. Крайние светильники устанавливаем на расстоянии l = 0,5L = 2,5 м от стен. По рассчитанному значению L, длине А и ширине В помещения определяем число светильников по длине помещения NA и число светильников по ширине помещения NB: L = 5 м, А = 20 , В = 15 , l = 2,5 м NA= (А - 2 l) / L) + 1 NA = 4 шт. NВ = (В - 2 l) / L) + 1 NВ= 3 шт. Определяем общее количество светильников в помещении: N = NA NВ N =12 шт. Зная общее количество светильников определяем действительное расстояние между светильниками: а = 0 при l = 0,5L LА = А / (NA - а) LА= 5 м LВ = В / (NВ - а) LВ = 3 м Расчет и выбор мощности источника света Расчет освещения методом использования светового потока. Световой поток лампы находится по формуле: Ф = (Ен · S · K · Z)/(N · η ), где: Е – заданная минимальная освещенность, К – коэффициент запаса, S – площадь помещения, м²; Z = 1,1 – коэффициент неравномерности; N – количество светильников, шт., η – справочный коэффициент использования светового потока в относительных единицах. Для определения η воспользуемся индексом помещения ί и оцениваем коэффициент отражения поверхности помещения, потолка rп ,стен rс , пола (рабочей поверхности) rрп Индекс помещения определяем по формуле: ί = (А · В)/[(А+В) · Нр. ί = (300)/(354) = 2,14 По справочнику определяем коэффициенты отражения поверхности помещения: rп = 70 ; rс = 50 ; rрп = 10. По коэффициенту отражения, индексу помещения и типу светильника (РСП 08) определяем коэффициент использования светового потока в относительных единицах: η = 0,71 Определяем световой поток Ф = (Ен · S · K · Z)/(N · η ) = (20015201,51,1)/ (120,71) = 11620 лм, По справочным данным выбираем лампу ДРЛ 250 мощностью 250 Вт., рассчитаем отклонение табличного светового потока от расчетного: - 0,1 ( Фл – Ф) / Ф ≤ + 0,2 ( Фл – Ф) / Ф = ( 11000 – 11620) / 11620 = - 0,05 Мощность всей осветительной установки Роу = NP = 12250 = 3 кВт Выбор типа, места установки осветительного щита и способа его электропитания и подключения со стороны осветительной нагрузки Все распределительные щиты устанавливаются во вспомогательных помещениях. В качестве защитно - коммутационной аппаратуры в щитах устанавливаем автоматические выключатели, оснащенные соответствующими расцепителями (определяемыми при дальнейших расчетах). Электроснабжение цеха по ремонту трансформаторов осуществляется от районных электрических сетей 10 кВ через трансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ. Ввод в помещение осуществляется наружной магистральной линией напряжением 380/220 В. К вводному щиту подключены по внутренним магистральным линиям осветительные и силовые щиты. Для питания осветительной нагрузки используем 2 магистральные линии. К трехфазной магистральной линии №1 подключаем групповой осветительный щиток, от которого отходят 2 однофазные группы №1А,1В для питания светильников во вспомогательных помещениях. Трехфазная магистральная линия №2 служит для питания светильников основного помещения. Управление освещения осуществляется магнитными пускателями соответствующей величины, подключение светильников осуществляется 3-х жильным проводом с равномерным распределением нагрузки по фазам. Выбор марки проводов и способа прокладки осветительной проводки, расчет сечения проводников по допустимому нагреву и допустимой потери напряжения в каждой группе осветительной сети В основном производственном и вспомогательном помещении помещениях принимаем проводку, выполненную кабелем ВВГ в гофро рукаве. Сечение кабеля выбираем исходя из механической прочности, тока нагрузки и потери напряжения. Расчетная нагрузка осветительной сети определяется умножением установленной мощности ламп на коэффициент спроса Кс (ПУЭ). Кс для расчета групповой сети следует принимать равным 1,0. Расчетная нагрузка Рр = 5 кВт а) Расчет сечения проводов по допустимой потере напряжения: Значения допустимой потери напряжения во внутренней осветительной сети Uдоп принимается 2,5 % от номинального (ссылка на НТД), чтобы обеспечить требуемый уровень напряжения у всех потребителей данной сети. Расчет производится для каждого участка сети по формуле: Si = ( Pili ) / ( CUi cos ) где: Si – площадь сечения проводника, мм2 ( Pili ) – электрический момент нагрузки участка сети, кВтм Pi – суммарная мощность нагрузки участка, кВт li – длина участка сети , м C – коэффициент, значение которого зависит от напряжения сети , материала токоведущей жилы и числа проводов в группе данного участка. Ui – принимаемая потеря напряжения, % cos - коэффициент мощности нагрузки Значение cos принимаем равным 0,9 , учитывая, что нагрузка - разрядные лампы. Задаемся значением Ui на вводе 0,5 % (наружную линию не рассчитываю), таким образом потеря напряжения на линии № 1 и № 2 не должна превышать 2%. Нагрузку заменяем суммарной, приложенной в середине участка. В результате для приведенной схемы осветительной сети сечение провода по допустимой потере напряжения определяется следующими выражениями: для линии №1: l1 = 8 м , P1 = 2 кВт , С = 32 (т.к. провод медный , 2 фазы + N ), cos = 0,9 , U1 = 0,5 %. S1 = ( P1l1 ) / ( CU1 cos ) = 16 / (320,90,5) = 1,11 мм2 l1а = 10 м, P1а = 1,2 кВт , С =12 (т.к. провод медный , 1 фаза + N ), cos = 0,9 , U1а = 1,5 %. S1а = ( P1аl1а ) / ( CU1а cos ) = 12 / (120,91,5) = 0,77 мм2 l1в = 12 м, P1в = 0,8 кВт , С = 12 (т.к. провод медный , 1 фаза + N ), cos = 0,9 , U1в = 1,5 %. S1в = ( P1вl1в ) / ( CU1в cos ) = 9,6 / (120,91,5) =0,6 мм2 для линии №2: 1.Магистральный участок: l2м = 20 м, P2м =3 кВт , с = 72 (т.к. провод медный , 3 фазы + N ), cos = 0,9, U2м = 0,5 %. S2м = ( P2мl2м ) / ( CU2м cos ) = 60 / (720,90,5) = 1,85 мм2 2.Ответвления l2о = 40 м, P2о =1 кВт , С = 72, cos = 0,9 , U2о=1. S2о = ( P2оl2о ) / ( CU2о cos ) = 40 / (720,91) = 0,61 мм2 Полученные расчетные сечения округляем до ближайших стандартных значений. С учетом требований механической прочности. S1 = 1,5 мм2 , S1а = 1 мм2, S1в = 0,75 мм2, S2м = 2,5 мм2, S2о = 0,75 мм2. б) Расчет сечения проводов по допустимому току нагрузки: Нагрев проводников вызывается прохождением по ним тока I , величина которого определяется по формуле: I = Рф / (Uф cos ) где: I – ток, А; Рф – мощность нагрузки фазы, Вт; Uф – фазное напряжение сети, В. для линии №1: 1.двухфазная линия 1 – мощность наиболее нагруженной фазы Рф =1200 Вт, Uф = 220 В, cos = 0,9 (для газоразрядных ламп). I1 = Рф / (Uф cos ) = 1200/198 = 6,06 А. 2.однофазные линии 1А,1В P1а=1200 Вт, P1в= 800 Вт I1а = Рф1а / (Uф cos ) = 1200/198 = 6,06 А. I1б = Рф1б / (Uф cos ) = 800/198 = 4,04 А. Для линии №2 Магистральный участок – трехфазная линия ,равномерно распределенная нагрузка, Рфм = 1000 Вт, Uф = 220 В: I2м = Рф2м / (Uф cos ) = 1000/198 = 5,05 А. Ответвления трехфазной линией ,равномерно распределенная нагрузка , Рфм = 333 Вт, Uф = 220 В: I2м = Рф2м / (Uф cos ) = 333/198 = 1,68 А. Из справочника определяем по расчетному току участка сети необходимые стандартные сечения жил кабеля ВВГ: S1= 1 мм2 , S1а= 1 мм2, S1в = 1 мм2, S2м = 1 мм2, S2о = 1 мм2. Окончательно на каждом участке сети из двух определенных сечений принимаем наибольшее, в этом случае удовлетворяются требования как по допустимой нагрузке так и по потере напряжения: S1 = 1,5 мм2 , S1а=1 мм2, S1в =1 мм2, S2м = 2,5 мм2, S2о = 1 мм2. Уточняем действительные потери напряжения на каждом участке: для линии №1: l1 = 8 м , P1 = 2 кВт , С = 32 (т.к. провод медный , 2 фазы + N ), cos = 0,9, S1= 1,5 мм2 U1 = ( P1l1 ) / ( C S1 cos ) = 16 / (320,91,5) = 0,37% l1а = 10 м, P1а = 1,2 кВт , С = 12 (т.к. провод медный , 1 фаза + N ), cos = 0,9 , S1а = 1. U1а = ( P1аl1а ) / ( C S1а cos ) = 12 / (120,91) = 1,23% l1в = 12 м, P1в = 0,8 кВт , С = 12 (т.к. провод медный , 1 фаза + N ), cos = 0,9 , S1в = 1 мм2. U1в = ( P1вl1в ) / ( CS1в cos ) = 9,6 / (120,91) = 0,88% для линии №2: 1.Магистральный участок: l2м = 20 , P2м = 3 кВт , С = 72 (т.к. провод медный , 3 фазы + N ), cos = 0,9, S2м = 2,5 мм2. U2м = ( P2мl2м ) / ( C S2м cos ) = 60 / (720,92,5) = 0,37% 2.Ответвления l2о = 40 , P2о =1 кВт , С = 72, cos = 0,9 , S2о = 1 мм2. U2о = ( P2оl2о ) / ( C S2о cos ) = 40 / (720,91) = 0,62% допустимые потери напряжения не превысили заданных 2,5% для линий №1 и №2. Выбор защитно - отключающей аппаратуры осветительного щита, выбор и размещение коммутирующей аппаратуры осветительной сети Для основного производственного помещения используется блок управления БУ 5140 с автоматическим выключателем А 3160 (номинальный ток 50 А) и магнитным пускателем ПА 412. Годовое число часов использования электроэнергии на освещение: Тгод. = tсут.*365 = 8*240 = 1920часов. Где tсут. = 8 часов-время работы освещения, 240- количество дней работы цеха. Годовое потребление электрической энергии освещением на весь цех. А год. = Тгод.*Рмах. = 1920*5 = 9600 кВт*час. Групповая мощность освещения: Рмах. = Рмах.*Код. = 5*1 = 5 кВт. Пример выполнения пункта 16. 1. Расчет капитальных затрат Общие капитальные затраты определяются по формуле: Кобщ = ( Цп + Нр + Зм ) х n, где Цп – цена оборудования; Нр – накладные расходы, причем Нр = 10 % Цп; Зм – затраты на монтаж, причем Зм = 20 % Цп; n – количество оборудования. Для проектного варианта: Кобщ = (550 000 + 55 000 +110 000) = 715 000 руб. 2. Расчет эксплуатационных затрат Эксплуатационные затраты определяются по формуле Эз = Тр + ЗП + Ээ + Пр, где ЗП – заработная плата обслуживающего персонала; Тр – расходы на текущий ремонт; Пр – расходы на топливо; Ээ – стоимость потребляемой электроэнергии. Заработная плата составляет: ЗП инженера = n х Зр х tp = 1х 3 250 х 12 = 39 000 руб. ЗП монтеров = 60 000 руб (Зп 2500 в месяц). С сс = 0,38 х (60 000 + 39 000) = 37 620 руб. ЗП = 99 000 руб. Расходы на текущий ремонт составляют: , где – норма отчислений на текущий ремонт, причем Тр = 6,4 % Кобщ. То есть Тр = 45 760 руб. Стоимость потребляемой электроэнергии определяется по формуле: Ээ = Р х tp х Сэ, где Р – установленная мощность, кВт; tp – время работы, ч; Сэ – стоимость 1 кВт·ч электроэнергии. Ээ = 10,75 х 300 х 1,8 = 5 805 руб. Эз = 99 000 + 45 760 + 5 805 = 150 565 руб. сопряжен с необходимостью подготовки для села высококвалифицированных специалистов. 3. Показатели эффективности Удельные эксплуатационные затраты: ; Приведенные затраты: Зп = Ип + ( Rp + Eн ) х К, где Ип – текущие затраты на эксплуатацию; Rp – норма реновации, Rp = 0,105; Ен – норматив приведения разновременных затрат, численно равных нормативу эффективности капиталовложений, Ен = 0,08..0,1 Зп = 150 565 + (,105 + 0,1 ) К1 = 150 565 руб. Экономическая эффективность капитальных вложений: > Ен, что подтверждает эффективность капитальных вложений. Срок окупаемости капитальных вложений: ОГЛАВЛЕНИЕ Раздел 1. Общие методические указания по изучению дисциплины…….…3 1.1. Цели и задачи дисциплины………………………………………3 1.2. Распределение учебного времени, часы…………………………4 1.3. Библиографический список…………………………………..…..5 Раздел 2. Программа по дисциплине………………………………………….6 Раздел 3. Задания для курсовых работ и указания по их выполнению……..7 3.1. Методические указания по выполнению курсового проекта…7 3.2. Задания для курсового проекта………………………………....9 3.3. Примеры выполнения задания…………………………………11 |