И электрооборудование промышленных предприятий

А.Н. Кошкин

Л.А. Федотова

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

Федеральное агентство по образованию

Уральский государственный технический университет – УПИ

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

 

А.Н. Кошкин

Л.А. Федотова

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебно-методическое пособие

 

Научный редактор - проф., д-р техн. наук Ф.Н. Сарапулов

 

Екатеринбург

УГТУ – УПИ

 

УДК 658.26 (075.8)

ББК 65.291.808.4я73

К76

 

 

Рецензенты:

кафедра общей электротехники Российского государственного
профессионально-педагогического университета (зав. кафедрой – доц., канд. пед. наук Е.Д. Шабалдин);

проф., д-р техн. наук В.П. Обоскалов (Уральский государственный

технический университет – УПИ);

директор ООО «Уральский центр энергосбережения и экологии», д-р экон. наук В.П. Ануфриев

 

Кошкин А. Н.

К76 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ: учебно-методическое пособие / А. Н. Кошкин,

Л. А. Федотова. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2010. 101 с.

 

ISBN 978-5-321-01705-0

 

Рассматриваются основные вопросы проектирования электроснабжения предприятия. Содержатся материалы для выбора электрооборудования предприятия, схем и аппаратуры управления и защиты электроустановок. Отражены методики расчета электрических нагрузок потребителей, выбора и обоснования электрической схемы и кабелей сети электроснабжения.

Пособие предназначено для студентов учебных заведений всех форм обучения специальностей 140104 – Промышленная теплоэнергетика, 140106 – Энергообеспечение предприятий, 140605 – Электротехнологические установки и системы, 140610 – Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений и может быть использовано ими при выполнении выпускных квалификационных и курсовых работ.

Оно может быть полезно студентам других специальностей изучающих электротехнические дисциплины.

Библиогр.: 24 назв. Рис. 23. Табл. 22. Прил. 6.

 

 

УДК 658.26 (075.8)

ББК 65.291.808.4я73

 

ISBN 978-5-321-01705-0 Ó УГТУ–УПИ, 2010

Ó Кошкин А.Н.,

Федотова Л.А., 2010

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью раздела «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы является систематизация, расширение и закрепление теоретических знаний по электротехнике, электрическим машинам, электроприводу и электроснабжению промышленных предприятий, а также приобретение практических навыков по решению задач, необходимых будущему специалисту.

Система электроснабжения промышленного предприятия должна обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией при удовлетворении требований по экономичности, надежности, безопасности, качеству электроэнергии, наличию резерва и т. п.

Выбор современного электрооборудования, проработка схемы управления, защиты, автоматизации, сигнализации электроприемников, разработка схемы электроснабжения цеха и (или) всего предприятия с использованием прогрессивных технических решений являются задачами раздела «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы.

Раздел «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы включает в себя рассмотрение следующих вопросов:

– выбор приводных электродвигателей;

– расчет электрических нагрузок потребителей;

– выбор и обоснование электрической схемы электроснабжения цеха с учетом категории потребителей;

– выбор числа и мощности трансформаторов подстанции;

– определение коэффициента мощности и при необходимости выбор комплектных конденсаторных установок на стороне низкого напряжения;

– выбор основного оборудования и кабелей сети электроснабжения;

– выбор схемы и аппаратуры управления и защиты электроустановок;

составление электрической схемы по автоматизации работы одного из комплексов механизмов.

Исходными данными электрической части выпускной квалификационной работы являются производственное (энергетическое) оборудование и механизмы, необходимые для обеспечения технологических процессов, заданных техническим заданием, а также площадь производственных помещений цеха (предприятия), параметры установленных электроприемников, существующие схемы системы электроснабжения и т. п. Указывается объект автоматизации.

В пояснительной записке выпускной квалификационной работы электрическая часть оформляется отдельной главой. Объём и содержание графической части определяются заданием на проектирование. Графическая часть содержит схему электроснабжения предприятия (цеха, котельной) и схемы электропривода и автоматизации.

По рекомендации руководителя выпускной квалификационной работы выполняются чертежи на листах стандартного формата А1: 2 листа для специальности 140106 – Энергообеспечение предприятий и 1 лист для специальности 140104 – Промышленная теплоэнергетика.

ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

В электрической части выпускной квалификационной работы по энергообеспечению производится выбор электрооборудования:электродвигателей, электрических генераторов, вращающихся или статических преобразователей, трансформаторов, электрических аппаратов распределительных устройств, щитов и пультов управления, проводов и жил кабелей и другого вспомогательного оборудования.

Мощность, тип, аппаратура управления и защиты электродвигателей производственных механизмов определяются из условий оптимального обеспечения технологических процессов.

Расчет мощности электродвигателей, других потребителей электроэнергии необходим и для определения расчетных нагрузок проектируемой системы электроснабжения.

 

Выбор электродвигателей производится по роду тока и напряжению, конструктивному исполнению и способу монтажа, уровню вибрации и шума, режиму работы, возможности регулирования скорости, условий обслуживания.

Выбор электродвигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного технологического цикла и снижению производительности рабочей машины. При этом происходит повышенный нагрев и ускоренное старение изоляции двигателя. Это ведет к преждевременному выходу его из строя, нарушениютехнологических процессов, экономическим потерям.

Завышенная мощность электродвигателя повышает его стоимость, ведет к работе электропривода с низким КПД и снижению коэффициента мощности cosφ, увеличивает потери мощности в системе электроснабжения предприятия, ведет к повышению капитальных затрат. Таким образом, надежность работы электропривода и его экономичность зависят от правильного выбора мощности электродвигателя.

Основными критериями выбора двигателя по мощности являются температура его обмоток и способность двигателя нормально обеспечивать пуск и работу при максимальных нагрузках. Для оценки нагрева используются косвенные методы эквивалентных величин: тока, момента, мощности.

Выбор электродвигателя рекомендуется производить в следующем порядке:

– определяется расчетная мощность на валу Р _расч;

– предварительно выбранный по каталогу двигатель с Р _{ном. дв} ≥ Р _расч и n _ном проверяется по условиям пуска и перегрузочной способности;

– параллельно решаются вопросы по выбору типа, исполнения, способа пуска и регулирования скорости электродвигателя.

Расчет мощности электродвигателя в общем случае на практике производится по нагрузочной диаграмме (определяется эквивалентный момент) и диаграмме скорости (тахограмме) исполнительного органа рабочей машины [1, 2, 3].

Нагрузочная диаграмма приводимого механизма представляет собой график статического момента нагрузки, приведенного к валу двигателя во времени – М_с(t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных, характеризующих работу машин и механизмов, и параметров механической передачи. Диаграмма скорости исполнительного органа рабочей машины после приведения представляет график изменения скорости вала двигателя во времени ω(t).

Ниже на рис. 1.1 приведен пример тахограммы с участками разгона (t _р), движения с установившейся скоростью (t _у), торможения (t _т) и паузы (t _о).

Время цикла t _р = t _п + t _у + t _т + t _о = t ₁ + t ₂,

М1 t 1

где t ₁ и t ₂ – определяют время работы исполнительного механизма с моментами нагрузки М₁ и М₂.

Рис. 1.1. Пример тахограммы

 

Определение расчетной мощности двигателя

Р _расч = М_расч ω_расч = К _з М_сэ ω_уст.

Эквивалентный момент нагрузки находят как среднеквадратичную величину

,

где М_сi и t_i – соответственно моменты и длительности участков нагрузочной диаграммы.

Примеры определения момента нагрузки для вентилятора имеханизма подъемной лебедки приведены в прил. 1.

По расчетной мощности и каталогам выбирается двигатель с Р _ном ≥ Р _расч. Двигатель по роду и значению напряжения должен соответствовать параметрам сети или силовых преобразователей, к которым он подключается; по конструктивному исполнению – условиям его компоновки с исполнительным органом и способом крепления на рабочей машине, а по способу вентиляции и защиты от действия окружающей среды – условиям его работы.

Далее выбранный двигатель проверяется по перегрузочной способности и по условиям пуска. Для этого используется уравнение движения электропривода М = М_с + J dω/d t = М_с + М_дин.

Динамический момент определяется суммарным приведенным моментом инерции J и заданным ускорением dω/d t.

При линейных графиках разгона и торможения (см. рис. 1.1)

М_дин.р = J ω_у/ t _р и М_дин.т = – J ω_у/ t _т. Должны выполняться условия: М_{max дв} ≥ М и

М _{пуск. дв} ≥ М.

Если условия выполняются, то двигатель обеспечивает заданное ускорение на участке разгона, устойчивую работу при набросах нагрузки.

М_{max дв} и М _{пуск. дв} определяются по данным каталога и номинальному моменту двигателя:

М_ном = Р _ном/ω_ном = 9,55 Р _ном(Вт)/n_ном(об/мин).

При работе с постоянной и продолжительной нагрузкой при проверке выбранных двигателей по нагреву расчеты по определению их нагрева не производятся. Установленная (номинальная) мощность электродвигателей длительного режима работы равна паспортной мощности.

Ниже приводятся формулы по выбору электродвигателей для характерных приводимых механизмов, используемых в промышленной теплоэнергетике. На основании заданных параметров механизмов определяется мощность на валу и осуществляется выбор по каталогам электродвигателя и всей установки [1, 4, 5, 6].

Мощность двигателя для насоса, кВт:

, (1.1)

где К _з – коэффициент запаса (1,1–1,4);

g – вес жидкости, Н/м³ (для холодной воды 9810 Н/м³);

Q _н – производительность насоса, м³/с;

Н _н – напор насоса, м;

h_н – КПД насоса (принимают для центробежных насосов с давлением 39000 Па равным 0,6–0,75; с давлением ниже 39000 Па равным 0,3–0,6; желательно h_н определять по данным каталогов);

h_п – КПД передачи (без редукторов h_п = 1).

Пример определения мощности двигателя для поршневого насоса приведен в прил. 2.

Мощность двигателя поршневого компрессора, кВт:

, (1.2)

где К _з = 1,1–1,2;

Q _к – производительность компрессора, м³/с;

h_к – КПД компрессора (0,6–0,8);

h_п – КПД передачи;

В _к – работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ воздуха до заданного рабочего давления поршневого компрессора Р _к, принимается по табл. 1.1.

 

Таблица 1.1

Определение В _к

 

Наименование величин	Значения величин
Р к, 10^5 Па
В к, 10^3 Дж/м^3	71,6	117,3	152,2

 

Мощность электродвигателя вентилятора, кВт:

, (1.3)

где К _з = 1,1–1,6;

Q _в – производительность вентилятора, м³/с;

Н – давление, Па;

h_в – КПД вентилятора, находят по каталогам (для осевых вентиляторов h_в = 0,8–0,9 и для центробежных h_в = 0,6–0,85);

h_п – КПД передачи (для клиноременной передачи h_п = 0,92–0,94; для плоскоременной h_п = 0,87–0,9).

В электроприводе используются двигатели постоянного тока (ДПТ), асинхронные двигатели (АД) и синхронные двигатели.

Электропривод с трехфазным АД является самым массовым приводом в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. В основную общепромышленную серию 4А входят АД самых различных модификаций и конструктивных исполнений с мощностью от 0,06 до 400 кВт и высотами осей вращения от 50 до 355 мм. Для крановых механизмов производятся АД серий МТF (с фазным ротором) и МТКF (с короткозамкнутым ротором). Для металлургического производства – АД серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамкнутым ротором). Крановые и металлургические АД новой серии 4МТ отличаются улучшенными технико-экономическими показателями работы, расширенной шкалой мощностей и более высоким уровнем стандартизации. АД серии АИ с мощностью от 0,75 до 160 кВт имеют унифицированные по международным стандартам параметры. Производятся АД серий В и ВА для работы во взрывоопасных и пожароопасных средах. Для комплектации ЭП большой мощности выпускаются АД серий АН-2 (до 2 МВт), АВ (до 8 МВт), ДАЗО (до 1,2 МВт) и ряд других. В настоящее время выпускаются АД новых серий: РА, 5 и 6А.

Для массовой серии 4А применяется следующая структура условных обозначений, состоящая из 8 групповых знаков [5]:

 

1 (4А)

2 (Н)

4 (180)

5 (М)

7 (4)

8 (У3)

В скобках для примера указан типоразмер двигателя 4АН180М4У3.

1 – Название серии.

2 – Исполнение серии по способу защиты: буква Н – исполнение IP23, отсутствие буквы – исполнение IP44.

3 – Исполнение по материалу станины и щитов (буква):

А – алюминиевые,

Х – станина алюминиевая, щиты чугунные или наоборот,

отсутствие буквы – станина и щиты чугунные или стальные.

4 – Высота оси вращения (цифры), мм.

5 – Код установочного размера по длине станины:

S – меньший, M – средний, L – больший.

6 – Код длины сердечника:

А – меньшая при сохранении установочного размера,

Б – большая при сохранении установочного размера,

отсутствие буквы – только одна длина при данном установочном размере.

7 – Число полюсов (одна или две цифры).

8 – Климатическое исполнение (до трех букв) и категория размещения (цифра) по ГОСТ 15150-69.

Параметры двигателя находятся по каталогу, например: мощность – 37 кВт, синхронная частота вращения – 1500 об/мин, скольжение – 2,1; КПД – 90,5 %; cosφ = 0,89; М_max/М_ном = 2,2; М_п/М_ном = 1,2; M_min/М_ном = 1; I _п/ I _ном = 6,5.

Электропривод с трехфазными синхронными двигателями (СД) имеет высокие технико-экономические показатели работы: абсолютно жесткую механическую характеристику, менее подвержен колебаниям напряжения сети, обладает способностью работать с опережающимкоэффициентом мощности ( cosφ) и генерировать в сеть реактивную мощность. КПД у СД на 1–1,5 % выше, чем у АД (до 98 %). СД имеют возможность регулировать перегрузочную способность посредством изменения тока возбуждения. Воздушный зазор у СД довольно значительный, поэтому их характеристики и свойства мало зависят от износа подшипников и неточности монтажа ротора. Но они дороже АД и должны иметь систему возбуждения. Для общего применения выпускаются двигатели серий СД2 и СД3 (мощностью от 132 до 1000 кВт), СДН-2 и СДН-3 (мощностью от 315 до 4000 кВт). Для вертикальных насосов выпускаются двигатели ВДС, ВДС2 (4–12,5 МВт) и ВСДН (0,63–3,2 МВт). Производятся двигатели серий СДК, СДКП (для работы во взрывоопасных зонах), СДКМ (для привода аммиачных поршневых компрессоров). Двигатели неявнополюсные серий СТД и ТДС используют для электропривода нефтяных насосов и газовых компрессоров.

Установленная (номинальная) мощность электродвигателей длительного режима работы равна паспортной мощности.

Для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность приводится к длительному режиму

, (1.4)

где Р _п и ПВ – соответственно паспортные мощность и продолжительность включения.

Крановая установка при определении нагрузок рассматривается как один электроприемник. При этом мощности всех двигателей складываются.

Для сварочных машин и трансформаторов электропечей номинальная мощность [7]

. (1.5)

Рекомендации по проектированию осветительных приборов

По результатам обследований значительного числа промышленных и сельскохозяйственных предприятий разработаны нижеследующие рекомендации по энергосбережению в осветительных приборах [10], которые необходимо учитывать при проектировании освещения.

1. Следует отдавать предпочтение источникам света возможно большей единичной мощности при соблюдении требований по качеству освещения и его равномерности. С ростом мощности ламп удельные показатели растут. Перспективны комплектные осветительные установки (КОУ).

Замена существующих источников света на более современные и экономичные. Такая замена возможна лишь при соблюдении норм по качеству освещения (цветность, блескость, коэффициент пульсаций, чередование яркости и т. д.). Переход на более современные лампы возможен и в пределах одной группы. Например, на лампы накаливания с криптоновым наполнением, на люминесцентные лампы типа ЛБ и т. д.

2. Использовать линейные трубчатые люминесцентные лампы, которые широко применяются в производственных, административных и общественных зданиях. В этих лампах, заполненных парами ртути и аргоном, электрический разряд генерирует невидимое ультрафиолетовое излучение, а на внутреннюю поверхность стеклянной трубки нанесен люминофор, преобразующий это излучение в видимый свет.

Широкое применение эти лампы получили благодаря своим высоким технико-экономическим характеристикам. Их световая отдача (т. е. количество люменов света на один ватт потребляемой электроэнергии) составляет

75–90 лм/Вт, в то время как у лампы накаливания – всего 10–15 лм/Вт в зависимости от мощности и типа. При этом люминесцентные лампы имеют срок службы не 1000 ч, положенные по стандарту лампам накаливания (они чаще всего не дотягивают до стандарта), а 12–15 тыс. ч, т. е. в 12–15 раз больше. Количество выпускаемых в мире люминесцентных ламп составляет более миллиарда в год.

Однако эти эффективные источники света имеют существенные недостатки. К ним, во-первых, необходимо отнести весьма большие размеры (лампа мощностью всего 40 Вт имеет длину 1,25 м, а 80 Вт – 1,5 м), приводящие к необходимости иметь крупные, материалоемкие и дорогие светильники. Во-вторых, для работы этих ламп требуются, как правило, тяжелые и энергоемкие пускорегулирующие аппараты (ПРА) и стартеры, так как напряжение при горении ЛЛ должно быть вдвое ниже напряжения сети. Электрические схемы включения ПРА и ламп представлены в [8]. И в-третьих, эти лампы содержат достаточно заметное количество ртути (30–40 мг), что при неаккуратном хранении и при выбрасывании в большом количестве на мусорные свалки может быть весьма опасно.

ЛЛ могут работать в ограниченном диапазоне температур (5–40 ^оС), повышенная влажность требует повышения напряжения, а при посадке напряжения на 20 % ЛЛ не зажигаются. Это необходимо учитывать при проектировании аварийного и эвакуационного освещения. Коэффициент пульсаций ЛЛ К_п = (Ф_мах – Ф_мин)100/2Ф_ср = 23 %, кроме ЛЛ дневного света правильной цветопередачи: ЛДЦ – 43 % [18].

3. Внедрять компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Это – самый современный продукт светотехнической отрасли. Они сохраняют все основные достоинства люминесцентных ламп, но лишены их недостатков.

Новые технологические возможности позволили значительно уменьшить диаметр трубки (до 7 мм) и, изогнув ее один раз (в виде буквы П), дважды или трижды, получить малогабаритную лампу с резьбовым эдисоновским цоколем, как у стандартной лампы накаливания. В лампах с резьбовым цоколем электронный малогабаритный и легкий ПРА встраивается непосредственно в основание лампы у резьбового цоколя. Такая компактная лампа предназначена для замены лампы накаливания в тех же светильниках и при тех же патронах. При замене лампы накаливания на КЛЛ получается пятикратная экономия электроэнергии, т. к. КЛЛ имеет световую отдачу в 5 раз больше, чем лампа накаливания той же мощности. Срок службы КЛЛ составляет 8–15 тыс. ч, причем в течение этого периода КЛЛ генерирует в 40–60 раз больше световой энергии. Размеры КЛЛ мощностью 11 Вт не превышают размеров обычных ламп, а одна такая лампа заменяет за срок своей службы 8–15 ламп накаливания мощностью по 60 Вт. Недостатками КЛЛ, мешающими широкому применению их на предприятиях, являются относительно высокая стоимость и высокий коэффициент пульсаций.

4. Использовать комбинированное и локализованное освещение помещений с усилением освещенности только в тех местах, где проводятся зрительные работы (над рабочими местами светильники располагаются чаще). Вопросам по усилению местного освещения необходимо уделять больше внимания. При этом должны соблюдаться ограничения по неравномерности освещения (освещенность мест, где не проводятся работы, должна составлять не менее 25 % от освещенности рабочих мест). Экономия при локализованном освещении составляет до 10–40 % по сравнению с общим. Особое внимание следует уделить усилению местного освещения станочного оборудования в цехах и на рабочих местах работников служб и отделов за счет общего.

5. Устаревшие светильники заменять современными при рациональном использовании достоинств их конструкций (по светораспределению, формированию кривой силы света), что дает экономию 30 %. Размеры, защитный угол светильников и высота их подвески и другие параметры осветительных приборов регламентируются СНиП 23-05-95. Это необходимо учитывать при реконструкции предприятия.

6.Поддерживать напряжение в осветительной сети в допустимых пределах. Напряжение у ламп накаливания и для ПРА разрядных ламп должно быть в пределах 0,95–1,05 U _ном. Лампы накаливания ЛН очень чувствительны к изменению напряжения питающей сети. При изменении напряжения сети на 1 % изменение основных параметров от номинальных у ЛН примерно следующее: ток ±0,5 %, мощность ±1,5 %, световой поток ±3,5 %, срок службы ±13 %, световая отдача ±1,8 %. У люминесцентных ламп световой поток снижается на

1,5 % и на 2,3 % у ДРЛ. При изменении напряжения в сети у ламп ДРЛ в пределах ± (10–15) % изменения светового потока Ф_л и мощности Р _л рассчитываются по соотношениям

DФ_л/Ф_л » 2,5D U _с/ U _с, D Р _л/ Р _л = 2D U _с/ U _с.

7. Использовать светильники с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА) и частотой питания 20 кГц и выше. Светильники с ЭПРА вместо светильников с обычными ПРА имеют следующие преимущества: экономия электроэнергии достигает 30 %, светоотдача выше на 20–30 %, увеличение срока службы ламп – до 20 %, пульсации светового потока значительно меньше, т. е. только их применение обеспечивает нормируемые коэффициенты пульсаций (3 % вместо 22–65 %). Коэффициент пульсаций освещенности для рабочих мест с ПЭВМ должен составлять не более 5 %, для других работ – не более 15 % и для грубых зрительных работ – не более 20 %.

Включение группы ламп с одной фазы в две и три фазы также значительно снижает коэффициент пульсаций, например у ЛБ соответственно: 34-35 %, 14 % до 3 %. Светильники с ЭПРА обеспечивают бесшумную работу, ровный без мерцания свет, снижение зрительной нагрузки [10, 11].

8. Чистить светильники и лампы, что увеличивает освещенность на 15–20 %. К сожалению, данная работа проводится редко. Для обслуживающего персонала необходимо предусмотреть приспособления для доступа к светильникам.

9. Использовать естественное освещение за счет содержания в чистоте застекленных проемов. Очистка стекол от грязи и пыли увеличивает освещенность на 15–20 %, дает экономию электроэнергии до 30 %, повышает производительность труда. Необходимо рассмотреть вопрос о более частой мойке стекол, особенно в металлообрабатывающих цехах и в легкодоступных местах.

10. Использовать при окраске помещений по возможности светлые тона. Рекомендуемые коэффициенты отражательной способности потолков, стен и пола – 70, 59 и 30 (10) % соответственно. При этом освещенность на 10–15 % выше, чем при окраске в темные тона.

11. Управлять режимами работы осветительных приборов в рабочих и во вспомогательных помещениях (коридорах, кладовых, лестничных клетках и т. п.) с помощью устройств, регулирующих либо включающих освещение только на момент вхождения в них людей (блокировок, датчиков, реле времени, фотореле).

12. Автоматизировать наружное освещение от датчиков (по освещенности), с использованием реле времени или таймеров (по времени суток). Это дает экономию до 4 %. Перевод уличного освещения на двойной режим работы, например при отключении 70 % светильников на общую продолжительность 1000 ч в год с 2 ч ночи до 5 ч утра, даст экономию электроэнергии в размере

20 % от общего расхода электроэнергии на уличное освещение.

13. Повысить коэффициент мощности. Светильники внутреннего освещения с разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, металлогалогеновые ДРИ и металлогалогеновые зеркальные ДРИЗ, натриевые ДНаТ) оснащены отдельно установленными или встроенными пускорегулирующими аппаратами ПРА без конденсаторов. Комплект (лампа – ПРА) имеет cosj» 0,5 при питании напряжением 220 В и cosj» 0,35 – при 380 В. Необходимость установки компенсирующих устройств определяется в индивидуальном порядке для каждого конкретного случая в зависимости от общего коэффициента мощности в системе электроснабжения предприятия, общей мощности ДРЛ, питаемых отдельными трансформаторами. Если общая мощность осветительной нагрузки невелика (десятки киловатт), то компенсация, как правило, не предусматривается.

Повышение cosj в сетях напряжением 380/220 В до 0,9 производится подключением к каждой трехфазной групповой линии, питающей светильники с лампами, трехфазного конденсатора. Подсчитано, что для повышения cosj с 0,5 или 0,35 до 0,9 на каждый киловатт мощности ламп с потерями в ПРА необходима мощность трехфазного конденсатора соответственно 1,2 и 2,2 кВ×Ар.

Для учета потерь в ПРА разрядных ламп мощность люминесцентных ламп умножается на 1,2, ламп ДРЛ, ДРИ и ДНаТ до 400 Вт включительно – на 1,1 и при мощности свыше 400 Вт – на 1,05.

Реализация указанных мероприятий позволит не только обеспечить выполнение санитарных норм по освещенности, но и, как показывает опыт, снизить электропотребление примерно на 10 %. Например, на Электромеханическом заводе в г. Екатеринбурге экономия электроэнергии на освещение составила 40 %.

Расчет мощности осветительной нагрузки отделений цеха производится следующими методами:

– метод коэффициента использования;

– метод удельной мощности на освещаемую площадь;

– точечный метод (используется чаще как поверочный).

При выполнении выпускной квалификационной работы осветительные нагрузки рассчитываются методом удельной мощности на освещаемую площадь.

И ЗАЩИТЫ

 

При выборе аппаратов управления для установок до 1 кВ следует учитывать режимы их работы. Типы, технические данные аппаратов управления представлены в [6, 9]. Категории применения аппаратов в зависимости от рода тока и режимы работы (области использования) представлены в [9].

В качестве аппаратов защиты применяются плавкие предохранители или автоматические воздушные выключатели с встроенными тепловыми (для защиты от перегрузок) и электромагнитными (для защиты от токов короткого замыкания) реле.

Выбор автоматов производится:

– по напряжению установки U _уст £ U _н;

– по роду тока и его значению I _р £ I _н;

– по коммутационной способности I _к £ I _откл,

где U _уст – напряжение на установке; U _н – номинальное напряжение автомата; I _р – рабочий ток установки; I _н – номинальный ток автомата; I _к – ток короткого замыкания.

Номинальный ток теплового электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматического выключателя выбирается только по расчетному току линии I _т ³ I _дл.

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя или комбинированного расцепителя I _ср.эл проверяется по максимальному кратковременному пиковому току I _ср.эл³ I _пик К.

Для автоматических выключателей с I _н £ 100 А коэффициент К ³ 1,4, а с I _н ³ 100 А К ³ 1,25. Для одиночных двигателей пиковый ток равен пусковому току двигателя.

Выбор предохранителей производится:

– по напряжению U _уст £ U _н;

– по условиям перегрева I _н ³ I _р;

– по току отключения I _к £ I _{н. откл}.

Токи плавких вставок предохранителей для линий с электродвигателями выбираются согласно условиям:

– при нормальном пуске, когда время пуска не превышает 5 с,

; (7.1)

– при тяжелом пуске, когда время пуска более 5 с (например, вентиляторы с колесом большого диаметра),

. (7.2)

Для защиты линии с несколькими двигателями

, (7.3)

где I _р – расчетный ток группы двигателей; I _нб – ток наибольшего в группе двигателя; К – кратность пускового тока двигателя.

В [9] приводятся рекомендации по выбору пусковой и защитной аппаратуры (предохранители, выключатели, магнитные пускатели) на ответвлениях к асинхронным двигателям.

В качестве примера типовой релейной системы автоматического управления на рис. 7.1 представлена схема пуска, остановки и реверсирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя [3].

 

Рис. 7.1. Схема пуска, остановки и реверсирования асинхронного двигателя:

КМ ₁, КМ ₂ – контакторы; SB ₂, SB ₃ – кнопки управления, подающие команды

на включение двигателя для вращения в условных направлениях «Вперед»

и «Назад»; SB ₁ – кнопка «Стоп», останавливающая двигатель

 

Магнитные пускатели широко используются для двигателей переменного тока до 75 кВт, работающих в основном в продолжительных или повторно-кратковременных режимах. Магнитным пускателем осуществляют дистанционное управление, а также тепловую (FR 1, FR 2) защиту двигателей. В схеме предусмотрена максимально-токовая мгновенная защита FU 1- FU 5. Если требуется пускать и останавливать двигатель, то устанавливается нереверсивный магнитный пускатель.

Выбор пусковой и защитной аппаратуры к асинхронным двигателям при напряжении сети 380 В можно производить по [9].

Схемы автоматического пуска и остановки синхронных двигателей низкого и высокого напряжений приведены в [3, 18]. На синхронных двигателях обязательно предусматриваются те же защиты, что и на асинхронных. Кроме того, они должны иметь защиту от асинхронного режима, дифференцированную защиту – от внутренних повреждений в обмотках двигателя; защиту от обрывов в роторной цепи; осуществлять контроль продолжительности пуска. На синхронных двигателях обязательно предусматриваются устройства автоматического регулирования возбуждения.

На рис. 7.2, а представлена типовая схема управления возбуждением СД в функции скорости [3]. Контактор КМ 2подает питание на обмотку возбуждения СД, и он управляется реле скорости KR. Катушка этого реле связана с частью разрядного резистора R _р через диод VD. При включении контактора КМ 1 (его цепи управления не показаны) в СД образуется вращающееся магнитное поле. Это поле наводит ЭДС в обмотке возбуждения неподвижного ротора. Под действием ЭДС в цепи катушки реле KR и диода VD появится выпрямленный ток, реле включается и цепь питания контактора КМ 2 размыкается. Происходит асинхронный пуск СД с закороченной на разрядный резистор R _р обмоткой возбуждения. С ростом скорости ротора его ЭДС и ток реле снижаются.

 

Рис. 7.2. Релейно-контакторные схемы пуска синхронных двигателей

 

При подсинхронной скорости ток катушки реле KR становится меньше тока отпускания, и оно отключается и вызывает включение контактора КМ 2. Напряжение U _в подается на обмотку возбуждения, и происходит процесс синхронизации СД.

На рис. 7.2, б представлена типовая схема управления возбуждением СД в функции тока. При подключении СД к сети контактором КМ 1в обмотке статора возникает бросок пускового тока, который приводит к срабатыванию реле тока КА. Контакт этого реле, замыкая цепь питания реле времени КТ, вызывает отключение контактора возбуждения КМ 2. Как и в предыдущем случае, происходит асинхронный пуск СД с закороченной на разрядный резистор R _р обмоткой возбуждения. При подсинхронной скорости ток в обмотке статора снижается, реле тока КА отключается, катушка реле времени КТ теряет питание. С определенной выдержкой времени цепь питания контактора КМ 2замыкается, напряжение U _в подается на обмотку возбуждения, и происходит процесс синхронизации СД.

К устройствам сетевой автоматики относятся устройства автоматического повторного включения (AПB), автоматического включения резервного питания и оборудования (АВР), автоматической разгрузки по частоте и по току (АЧР и АРТ).

В сетях напряжением выше 1000 В применяются масляные или воздушные выключатели с дистанционным пружинным или электромагнитным приводом, позволяющим осуществлять автоматическое включение и отключение, в том числе АПВ и АВР.

В сетях напряжением до 1000 В для автоматизации применяются воздушные автоматические выключатели (автоматы) с электродвигательным, рычажным или электромагнитным приводом.

В устройствах сетевой автоматики в основном применяются релейные схемы, выполняемые в виде комплектных устройств заводского изготовления или в виде набора отдельных реле.