Дипломная работа: Синтез гибридной нейронной сети для управления двухмассовой электромеханической системой с зазором. 2003 г

Подождите немного. Документ загружается.

101

7. Охрана труда

7.1 Общие вопросы охраны труда

Охрана труда – это система правовых, социально-экономических, органи-зационно-

технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мер и средств,

направленных на создание здоровья и работоспособности человека в процессе труда [27].

Охрана труда выявляет и изучает производственные опасности и вредности с целью

разработки уже на стадии проектирования мер и средств защиты для предотвращения или

ослабления воздействия опасных факторов на организм работающего, а также для

предотвращения аварий и взрывов.

Задачами охраны труда являются:

идентификация опасных и вредных производственных факторов;

прогнозирование и оценка, предотвращение или снижение негативного воздействия на

человека опасного и вредного производственного фактора.

Объектом проектирования в данной дипломной работе является система управления для

двухмассовой электромеханической системы с зазором, приводятся характеризующие ее

параметры.

Вопросы охраны труда рассмотрены для этапа проектирования системы управления, а

также приводятся рекомендации для безопасной эксплуатации стендовой испытательной

установки.

7.2 Производственная санитария

Производственная санитария – система организационных мероприятий и технических

средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работающих вредных

производственных факторов [28].

Частотный преобразователь для питания установки сохраняет работоспособность при

температурах 5 † 35 ˚С, относительной влажности не более 80 % при 25 ˚С, атмосферном

давлении 86 † 106 кПа.

Работы по проектированию проигрывателя можно отнести к работам Iа, физические

затраты менее 120 ккал/ч в соответствии с ГОСТ 12.01.005 – 88 [29]. Метеорологические

условия приведены в таблице 7.1.

Эти условия в помещениях достигаются с помощью централизированного отопления в

холодный период года, естественной вентиляцией и кондиционированием. Такие

метеорологические условия необходимы для производства работ по проектированию, а

также они полностью удовлетворяют требованиям по климатическим условиям,

необходимым для надежной работы стенда СНиП 2.04.05-91.

Работоспособность стендовой испытательной установки в заданном интервале

температур и относительной влажности обеспечиваются следующими конструктивными

решениями: вентиляционные отверстия на боковых, задней и нижней панелях корпуса

электродвигателей и преобразователя частоты, антикоррозийное покрытие – напыленный

слой краски, материал корпуса-аллюминий.

Освещение нормируется для помещений, в которых производятся работы по

конструированию системы управления.

Освещение является определяющим фактором для обеспечения нормальных

условий труда. Качество поступающей к оператору компьютера информации во многом

зависит от освещения. В лаборатории освещение естественное боковое и искусственное

верхнее

102

Таблица 7.1. – Допустимые и оптимальные метеорологические условия

Категория работ по

энергозатратам

Период года

Температура, ˚С

Относительная

влажность, %

Скорость

движения

воздуха, м/с

Допустимые метеорологические условия

Лѐгкая 1А

Холодный

18 ÷ 26

0.2-0.3

Лѐгкая 1А

Тѐплый

20 ÷ 30

0.3

Оптимальные метеорологические условия

Лѐгкая 1А

Холодный

22 ÷ 24

40 ÷ 60

0.1

Лѐгкая 1А

Тѐплый

23 ÷ 25

40 ÷ 60

0.1

В ходе выполнения дипломной работы использовалось естественное и искусственное

освещение. Характеристика производственного освещения приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2. – Характеристика производственного освещения

Точность

зритель-

ных

работ

Мини-

мальны

размер

объекта

различе

ния, мм

Разряд

зрительны

х работ

Характе

ристика

типа

фона

Контрас

объекта

с фоном

Подразряд

зрительной

работы

Нормируемое значение при

освещении

естественн

ое

Искусственное

min

, лк

Тип ламп

Средн

яя

0.5 ч

Тѐмный

Средни

1.35

500

Люмини-сцентные

ЛБ80

Согласно СНиП II – 4 – 79 на вычислительном центре применяется общее искусственное

освещение в темный период суток.

По характеру окружающей среды помещение лаборатории относится к классу нормальных,

так как в нем отсутствуют факторы, свойственные жарким, пыльным помещениям и помещениям

с химически активной средой.

В испытательном стенде для разработанной системы управления источником шума

является электродвигатель. Это электродвигатель III класса по шуму с малошумными

подшипниками скольжения. Шумы в двигателе постоянные, связанные с его работой. Допустимый

уровень звукового давления – не более 80 дБ(А). Уровень шума в двигателе – менее 72 дБ(А). Для

эффективного снижения шума двигатели с устанавливают на амортизаторы [26], [30]. Для

снижения шума используются защитные кожухи, подавление вибрации производится при помощи

установки двигателей на амортизаторы.

103

В стендовой установке источником локальной вибрации является электродвигатель. При

номинальной частоте вращения 1400 об/мин возникает вибрация с частотой 5  200 Гц (141 дБ).

Нормативная виброскорость – 0.014 м/с (109 дБ).

7.3 Техника безопасности

Анализируя потенциальные опасности, имеющиеся в проектируемом объекте,

приходим к выводу, что основной опасностью является поражение человека

электрическим током [30].

Испытательная установка питается от сети переменного тока с напряжением 380 В

частотой 50 Гц, потребляемая мощность – 2430 Вт, номинальный ток – 4.6 А для

асинхронного ведущего двигателя и 8.8 А для нагрузочного генератора .

Для предотвращения поражения электрическим током применены следующие

меры: предотвращение доступа к токоведущим частям путем помещения всей установки

в изолированный корпус. Стендовая установка имеет степень защиты от поражения

электрическим током I – все части, доступные для прикосновения, отделены от

токоведущих рабочей изоляцией, а все металлические части, доступные для

прикосновения, соединены с зануляющим зажимом, расположенным внутри защитного

корпуса. Подключение установки к питающей сети производится при помощи вилки с

заземляющим контактом [31].

Из проведенного анализа выбрана степень защиты оболочки двигателя – IP 22 [32].

Первая цифра означает защиту от возможности соприкосновения пальцев с токоведущими

или движущимися внутри оболочки частями или предметов длиной не более 80 мм и

твердых тел размером свыше 12 мм. Вторая цифра обозначает защиту от проникновения

влаги – капли воды, попадающие на оболочку, наклоненную под углом не более 15 к

вертикали, не должны оказывать вредного воздействия на оборудование, помещенное в

оболочку. Исполнение корпуса по способу защиты от влаги – каплезащищенное

(обеспечивает защиту от вертикально падающих капель).

Проектируемый объект является потребителем электроэнергии напряжением 380 В.

Поэтому необходима защита, оберегающая персонал от возможности поражения

электрическим током. В этих целях предусмотрены следующие меры

электробезопасности:

– конструктивные;

– схемно-конструктивные;

– эксплуатационные [30].

104

7.3.1 Конструктивные меры электробезопасности

Конструктивные меры безопасности предназначены для предотвращения

возможности прикосновения человека к токоведущим частям.

В приборе применена изоляция токоведущих частей. Шнур питания – с двойной

изоляцией ШВВП – гибкий шнур с тремя параллельными жилами с ПВХ-изоляцией в

ПВХ-оболочке. Силовая часть состоит из силового частотного преобразователя, к

которому подводится питающее напряжение. преобразователь крепится к отдельному

корпусу посредством пластиковых и резиновых деталей, что исключает попадание

напряжения питания на корпус.

7.4 Схемно-конструктивные меры электробезопасности

Схемно-констроуктивные меры электробезопасности обеспечивают безопасное

проникновение человека к нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, при

случайном нарушении изоляции токоведущих элементов.

Так как для питания испытательного стенда используется напряжение 380 В

трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, мерой защиты является эануление

согласно ГОСТ12.1.030.–83 [ 24 ].

В дипломной работе приводится расчет зануления электроустановки.

Занулением называют преднамеренное электрическое соединение с нулевым

защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться

под напряжением [25].

Нулевой защитный проводник – это проводник, соединяющий зануленные части с

заземленной нейтралью обмотки источника тока или ее эквивалентом. Зануление

применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью

источника тока [26].

При занулении корпус электрооборудования соединяют не с заземлением, а с

нулевым проводом. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое

замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить надежное срабатывание

защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от

питающей сети. Этим обеспечивается защита человека от опасности поражения

электрическим током. Кроме того, поскольку зануленный корпус электроустановки через

нулевой защитный проводник и сопротивление нейтрали источника тока (R

) связан с

землей, то в момент возникновения замыкания на корпус и до автоматического

отключения поврежденной электроустановки от питающей сети проявляется защитное

свойство зануления, как и при заземлении [ 24 ].

105

Принципиальная схема зануления представлена на рисунке 6.1.

1 – источник трехфазного тока;

2 – корпус электроустановки;

3 – аппарат защиты от токов короткого замыкания;

– сопротивление заземления нейтрали;

– повторное заземление нейтрали;

– ток короткого замыкания.

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема зануления

Исходные данные

– Вариант – 10;

– Силовая нагрузка:

– электродвигатели ЭД1 – 1 шт



15 кВт;

– электродвигатели ЭД2 – 3 шт



160 кВт;

– коэффициент запаса – 0.93

– Осветительная нагрузка:

– мощность – 50 кВт;

– cos  - 0.9;

– Трансформатор:

– тип – С;

– первичное/вторичное напряжения – 6/0.4 кВт;

– соединение обмоток -



;

– Кабели:

– длина l

- 120 м;

– длина l

– 47 м;

– защита – АВ;

– Фазовый кабель:

106

– материал жилы l

и l

– медь;

– изоляция l

и l

– ПХВ;

– Нулевой защитный кабель:

– материал – медь;

– изоляция – бумажная.

7.4.1 Расчет на отключающую способность

Из [26] выбираем двигатели:

ЭД1: тип – 4А160S2У3;

номинальная мощность – 15 кВт;

частота вращения – 2940 об/мин;

КПД – 88%;

cos  – 0.91;

кратность пускового тока – 7;

ЭД2: тип АИ355S6У3;

номинальная мощность – 160 кВт;

частота вращения –1000 об/мин;

КПД – 94 %;

cos φ – 0.9;

кратность пускового тока – 7.

Рисунок 7.2 – Однолинейная схема сети.

Ток однофазного короткого замыкания определяется по формуле

 

nнзф

нзф

ХХХRR





(7.1)

где U

– фазное питающее напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

– расчетное полное сопротивление трансформатора, Ом;

ПР

ЭД1 10 кВт

ЭД2 160 кВт

осв

ПР

АВ

ЭД2 160 кВт

107

нз

– активные сопротивления фазного и нулевого защитного

проводников, Ом;

и Х

нз

– внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого

защитного проводников, Ом;

– внешнее индуктивное сопротивление взаимоиндукции петли фаза-ноль,

Ом;

и Х

нз

для медных проводников очень мало (примерно 0,0156 Ом/км), ими можно

пренебречь. Х

для кабеля незначительно (не более 0.1 Ом/км) и им можно пренебречь.

Таким образом, формула (7.1) имеет вид:

нзф





(7.2)

7.4.2 Определение полного сопротивления трансформатора

Мощность трансформатора















cos

осв

2эд2c

1эд1c

тр

; (7.3)

где Р

эд1

и Р

эд2

– номинальные мощности двигателей, кВт;

осв

– осветительная нагрузка, кВт;

cos φ – коэффициент мощности соответствующей электроустановки;

– коэффициент спроса, определяемый по формуле

K75.0





; (7.4)

где К

= 1 – коэффициент запаса;

– КПД двигателя.

Кс1= 0.75*0.93/0.88 =0.82

Кс1= 0.75*0.93/0.94 =0.74

Находим мощность трансформатора:

=0.82*15/0.9+0.74*160*3/0.9+50/0.9=463.8 кВт.

Выбираем из [ 26 ] трансформатор: сухой с номинальной мощностью

тр

= 630 кВт, выбираем значение полного сопротивления обмоток в соответствии с

заданием – z

т/3

= 0.014 Ом.

108

74.3 Определение активного сопротивления фазного и нулевого защитного

проводников

Значение тока, проходящего по кабелю:





cosU3

ном

; (7.5)

где Р

ном

– номинальная мощность нагрузки, кВт;

cos φ – коэффициент мощности нагрузки;

ном

– номинальное напряжение, кв.

Ток в линии освещения:

осв

= 50/(

*0.22*0.9)=145.796 А.

Ток в линии двигателя ЭД1, то есть по кабелю l

ЭД1

=15/(

*0.4*0.91)=23.792А.

Ток в линии группы двигателей ЭД2:

ЭД2

=160*3/(

*0.4*0.9)=769.8А.

По значению тока выбираем сечение кабеля l

, d

фl2

Два одножильных кабеля 2×150 мм = 300 мм

;сечение кабеля d

фl2

= 300 мм

Ток, проходящий по кабелю l

, равен

= I

осв

ЭД1

+ I

ЭД2

; (7.6)

= 145.796+23.792+769.8=938.388А.

По значению тока выбираем сечение кабеля l

1 ,

фl1

два двухжильных кабеля 2*2*150 мм = 600 мм

, для прокладки в воздухе; сечение кабеля

фl1

= 600 мм

Активное сопротивление проводника





; (7.7)

где ρ – удельное сопротивление проводника, для меди ρ = 0.018 Ом·мм

/м;

l – длина проводника, м;

d – сечение проводника, мм

Фазное сопротивление кабеля l

фl1

=0.018*120/600=0.0036 Ом.

Фазное сопротивление кабеля l

фl2

=0.018*47/300=0.00282 Ом.

Общее сопротивление фазного проводника:

109

2фl1фlф

RRR 

; (7.8)

=0.0036+0.00282=0.00642 Ом.

Длина нулевого защитного проводника:

l = l

+ l

; (7.9)

где l

– длина кабеля l

;

– длина кабеля l

l = 120 + 47 = 167 м.

Поскольку нулевой защитный и фазный проводники по исходным данным

выполнены из одного материала (меди), то их сечения соотносят ся как

нз

≥ 0.5d

; (7.10)

где d

нз

– сечение нулевого защитного проводника, мм

;

– сечение фазного проводника, мм

Согласно (6.10) из [26] выбираем сечение нулевого защитного проводника для

линии l

нз2

= 300/2=150 мм

Для линии l

имеем соответственно

нз1

= 600/2=300 мм

Сопротивление нулевого защитного проводника согласно (7.7) равно

нз1

= 0.018*120/300= 0.0072Ом.

нз2

= 0.018*47/150= 0.00564Ом.

нз1

= . R

нз1

нз2

=0.0072+0.00564= 0.01284 Ом.

Значение тока однофазного короткого замыкания согласно (6.2) равно

= 220/(0.014+0.0064+0.01284)=6614.55 А.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически

отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет

условию:











.z2z

;I3I

фнз

номк

(7.11)

где I

ном

– номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

нз

и z

– полные сопротивления нулевого защитного и фазного проводников, Ом.

Из [ 26] выбираем автоматический выключатель:

110

пуск

= К

пуск

·I

ном дв

= 7*769,85 = 5388,95 А,

Поскольку используются двигатели большой мощности, то ставим автоматические

выключатели на каждый двигатель отдельно.

В этом случае I

пуск

= 5388.95/3=1796 А.

дв

= 769.8/3= 256.6 А.

Автоматический выключатель: тип ВА51-35; трехполюсный,

В исполнении с биметаллическими и электромагнитными расцепителями

максимального тока.

номинальный ток 250 – А;

Уставка трогания расцепителя – 2000 А.

Условие (7.11) выполняется:

= 6614.55 А > 3I

ном

= 1.25*256.6 = 320.75 А.

Значит, автоматический выключатель выбран правильно.

7.5 Эксплуатационные меры электробезопасности

Эксплуатационные меры по электробезопасности включают:

– примене

ние различной расцветки изоляции электропроводов по функциональному

назначению цепей, в которых они используются;

– систематическая проверка неисправностей цепей зануления (перед началом работы

обязательна наличия и исправности предохранителей)[33];

– при проведении ремонта проигрыватель отключают от сети [33].

Для надежной и безопасной эксплуатации необходимо выполнять следующее:

испытательная установка предназначена для эксплуатации в сухом отапливаемом

помещении вдали от источников воды (ванная, раковина, бассейн), вдали от источников

тепла (нагревательные трубы, печи, приборы, генерирующие тепло). Она устанавливается

на плоскую и ровную поверхность и должна располагаться таким образом, чтобы вокруг

нее имелось достаточно свободного места для обеспечения надлежащей вентиляции,

препятствующей нагреву. Вблизи передней панели, задней стенки и верхней части

корпуса необходимо оставить по крайней мере 10 см свободного пространства, а с каждой

из боковых сторон должно быть не менее 5 см для обеспечения надлежащей вентиляции.

7.6 Пожарная безопасность

Помещение, где конструируется система управления для испытательного стенда,

является помещением, которое относится по пожаровзрывоопасности к категории В

(горючие и трудногорючие жидкости, твѐрдые горючие и трудногорючие вещества и