Ключников В.В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств

91

При составлении схемы электроснабжения предприятий и выборе числа и места рас-

положения подстанций следует стремиться к минимальным первоначальным и эксплуатаци-

онным затратам. Одновременно следует обеспечить соответствующую надежность электро-

снабжения отдельных электроприемников, правильно выбрать число ТП и максимально

приближать их к месту потребления электроэнергии.

Если на строительной площадке или объектах промышленной индустрии имеется не-

сколько участков или цехов, расположенных на значительной территории, целесообразно

выбирать несколько ТП, обслуживающих отдельные цехи и участки.

5.2.1 Пример решения

Определение потребляемой мощности

Пример № 1. Вычислить потребляемую мощность для крупоцеха, если в качестве

электроприемников используется следующее оборудование:

Таблица 5.2.4

Активная мощность,

Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Ко-

личе-

ство,

шт.

Установ-

ленная

мощность,

Р

у

Коэффици-

ент спроса,

К

с

Ед.

оборуд.

Суммар-

ное

Ед.

оборуд.

Суммар-

ное

Сепаратор

А1-БЛС-12

3

3,9

0,5

1,95

5,85

1,56

4,68

Нория I-10 7 14,0 0,3 4,2 29,4 3,36 23,5

Камнеотборник

Р3-БКТ-100,

Триер А9-УТО-6,

Рассев А1-БРУ

Итого:

1

0,37

22,0

3,9

26,27

0,8

21,01

16,80

Пропариватель

А9-БПБ

1

2,0

0,8

1,6

1,28

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

4

88,0

0,8

70,4

281,6

56,32

225,28

Аспирационная

колонка А1-БКА

6

2,4

0,7

1,68

10,1

1,34

8,1

Весовыбойный

аппарат ДВК-50

1

1,3

0,8

1,04

0,832

Мешкозашивочная

машинка ЗЗЕ-М

1

1,1

0,25

0,275

0,22

Итого:

102,16

350,88

81,72

280,69

92

Решение.

По формуле 5.2.13 полная мощность электроприемников производственной площадки

равна:

34,44969,28088,350

22

=+=S кВт.

По формуле 5.2.14: Р' = 0,9 · 350,88 = 315,79;

По формуле 5.2.15: Q' = 0,9 · 280,69 = 252,62;

По формуле 5.2.16: 40,40462,25279,315

22

=⋅=

′

S .

Средневзвешенный коэффициент мощности всей производственной площадки вычис-

ляют по формуле 5.2.17:

сosφ = 315,79 / 404,4 = 0,78.

Выбор трансформатора

Пример № 2. Выбрать трансформатор, исходя из данных примера № 1. Активная

мощность от введения компенсирующих устройств не меняется.

Решение.

Так как активная мощность от введения компенсирующих устройств не меняется, то

Р″=Р' и реактивная мощность Q″ = Q', тогда получим, что полная расчетная мощность оп-

ределяемая по формуле 5.2.21, равна

22

)()( QPS

′′

+

′′

=

′′

= 404,40.

По величине этой мощности S", используя таблицу 5.2.3, осуществляют предвари-

тельный выбор трансформатора.

Для данного крупоцеха примем трансформатор ТМ-630/10, мощность S

т

= 630 кВт.

По формуле 5.2.18: ∆Р

т

= (0,02 - 0,025) · 630 = 12,6;

По формуле 5.2.19: ∆Q

т

= (0,105- 0,125) · 630 = 66,15.

При установке на ТП одного трансформатора его мощность должна соответствовать

следующему условию:

S

т

> S",

630 >404,40.

Данное условие выполняется, значит, трансформатор ТМ-630/10 подобран правильно.

Для обеспечения беспрерывной работы предприятий на ТП устанавливают два транс-

форматора. При этом мощность каждого

S

Т

> 0,65·S

общ

= 0,65 · 404,40 = 262,86;

S

Т

> 262,86.

Таким образом, выбираем два трансформатора ТМ-400/10.

93

5.2.2 Варианты заданий

Расчет потребляемой мощности и выбор трансформатора

Вариант № 1: Оборудование для крупозавода. Активная мощность от введения ком-

пенсирующих устройств не меняется.

Активная

мощность, Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Количест-

во, шт

Установ-

ленная

мощность,

Р

у

Коэффициент

спроса, К

с

Ед.

оборуд.

Сумма Ед.

оборуд.

Сумма

1 2 3 4 5 6 7 8

Сепаратор

А1-БЛС-12

2 3,9 0,5 1,95 3,9 1,56 3,12

Нория I-10 5 14,0 0,3 4,2 21,0 3,36 16,80

Камнеотборник

Р3-БКТ-100,

Триер А9-УТО-6,

Рассев А1-БРУ

Итого:

1

0,37

22,0

3,9

26,27

0,8

21,01

16,80

1 2 3 4 5 6 7 8

Пропариватель

А9-БПБ

1 2,0 0,8 1,6 1,6 1,28 1,28

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

3

88,0

0,8

70,4 211,2 56,32 168,96

Аспирационная

колонка А1-БКА

7

2,4

0,7

1,68 11,76 1,34 9,41

Весовыбойный

аппарат ДВК-50

1

1,3

0,8

1,04 1,04 0,832 0,832

Мешкозашивочная

машинка ЗЗЕ-М

1 1,1 0,25 0,275 0,275 0,22 0,22

Итого: 102,16

371,79 81,72 217,42

94

Вариант № 2. Оборудование для крупозавода. Активная мощность от введения ком-

пенсирующих устройств не меняется.

Вариант № 3. Оборудование для крупозавода. Активная мощность от введения ком-

пенсирующих устройств не меняется.

Активная

мощность, Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Количество,

шт

Установленная

мощность, Р

у

Коэффициент

спроса, К

с

Ед.

оборуд.

Сумма Ед.

оборуд.

Сумма

1 2 3 4 5 6 7 8

Сепаратор

А1-БЛС-12

5 3,9 0,5 1,95 9,75 1,56 7,8

Нория I-10 8 14,0 0,3 4,2 33,6 3,36 26,88

Камнеотборник

Р3-БКТ-100,

Триер А9-УТО-6,

Рассев А1-БРУ

Итого:

1

0,37

22,0

3,9

26,27

0,8

21,01

16,80

Пропариватель А9-

БПБ

3 2,0 0,8 1,6 4,8 1,28 3,84

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

1

88,0

0,8

70,4 70,4 56,32 56,32

Аспирационная

колонка А1-БКА

7

2,4

0,7

1,68 11,76 1,34 9,41

Весовыбойный аппа-

рат ДВК-50

2

1,3

0,8

1,04 2,08 0,832 1,664

Мешкозашивочная

машинка ЗЗЕ-М

1 1,1 0,25 0,275 0,275 0,22 0,22

Итого: 102,16 153,68 81,72 122,93

Активная

мощность, Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Количество,

шт.

Установленная

мощность, Р

у

Коэффиц

и-

ент спр

оса,

К

с

Ед.

оборуд.

Сумма

Ед.

оборуд.

Сумма

Сепаратор

А1-БЛС-12

4 3,9 0,5 1,95 7,8 1,56 6,24

Нория I-10 6 14,0 0,3 4,2 4,2 3,36 3,36

Камнеотборник

Р3-БКТ-100,

Триер А9

-УТО-6, Рассев

А1-БРУ

Итого:

1

0,37

22,0

3,9

26,27

0,8

21,01

16,80

Пропариватель

А9-БПБ

2 2,0 0,8 1,6 3,2 1,28 2,56

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

2

88,0

0,8

70,4 140,8 56,32 112,64

Аспирационная

колонка А1-БКА

6

2,4

0,7

1,68 10,1 1,34 8,1

Весовыбойный

аппарат ДВК-50

1

1,3

0,8

1,04 1,04 0,832 0,832

Мешкозашивочная ма-

шинка ЗЗЕ-М

2 1,1 0,25 0,275 0,55 0,22 0,44

Итого: 102,16 188,7 81,72 150,97

95

Вариант № 4. Оборудование для крупозавода. Активная мощность от введения ком-

пенсирующих устройств не меняется.

Активная

мощность, Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Количество,

шт

Установленная

мощность, Р

у

Коэффициент

спроса, К

с

Ед.

оборуд.

Сумма

Сепаратор

А1-БЛС-12

2 3,9 0,5 1,95 3,9 1,56 3,12

Нория I-10 7 14,0 0,3 4,2 29,4 3,36 23,5

Камнеотборник

Р3-БКТ-100,

Триер А9-УТО-6,

Рассев А1-БРУ

Итого:

1

2

1

0,37

22,0 · 2

3,9

48,27

0,8

21,01

38,62

16,80

30,90

Пропариватель

А9-БПБ

2 2,0 0,8 1,6 3,2 1,28 2,56

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

2

88,0

0,8

70,4 140,8 56,32 112,64

Аспирационная

колонка А1-БКА

5

2,4

0,7

1,68 8,4 1,34 6,72

Весовыбойный

аппарат ДВК-50

3

1,3

0,8

1,04 3,12 0,832 2,50

Мешкозашивочная

машинка ЗЗЕ-М

1 1,1 0,25 0,275 0,275 0,22 0,22

Итого: 102,16 227,72 81,72 182,16

Вариант № 5. Оборудование для крупозавода. Активная мощность от введения ком-

пенсирующих устройств не меняется.

Активная

мощность, Р

р

Реактивная

мощность, Q

р

Наименование

оборудования

Количество,

шт

Установленная

мощность, Р

у

Коэффициент

спроса, К

с

Ед.

оборуд.

Сумма

Сепаратор

А1-БЛС-12

3 3,9 0,5 1,95 5,85 1,56 4,68

Нория I-10 6 14,0 0,3 4,2 25,2 3,36 20,16

Камнеотборник

Р3-БКТ-100

Триер А9-УТО-6,

Рассев А1-БРУ

Итого:

2

1

0,37 · 2

22,0 · 2

3,9

48,64

0,8

21,01

38,91

16,80

31,13

Пропариватель

А9-БПБ

3 2,0 0,8 1,6 4,8 1,28 3,84

Вальцедековый

станок 2-ДШС-3Б

1

88,0

0,8

70,4 70,4 56,32 56,32

Аспирационная

колонка А1-БКА

8

2,4

0,7

1,68 13,44 1,34 10,75

Весовыбойный

аппарат ДВК-50

2

1,3

0,8

1,04 2,08 0,832 1,664

Мешкозашивочная

машинка ЗЗЕ-М

2 1,1 0,25 0,275 0,55 0,22 0,44

Итого: 102,16 161,23 81,72 128,98

96

5.3 Расчет и выбор сечения кабелей и защитных устройств

5.3.1 Расчет и выбор сечения кабелей

Сечение проводов и кабелей выбирается с учетом следующих требований.

1. Провода, кабели не должны нагреваться выше допустимой температуры при проте-

кании по ним расчетного тока нагрузки;

2. Отклонение напряжения на зажимах электроприемников не должно превышать

2,5…+5 % от осветительной нагрузки и %5

±

от силовой;

3. Провода и кабели, закрепленные на подвесах, должны обладать достаточной

механической прочностью;

4. Аппараты защиты должны обеспечивать защиту всех участков сети от корот-

кого замыкания.

Для расчета и выбора кабеля, прежде всего, необходимо определить расчетный ток

p

I , протекающий по кабелю:

ϕηη

cos3

1000

..

⋅⋅⋅⋅

⋅

=

нпмдв

cн

p

U

КP

I , (5.3.1)

где P

н

– номинальная мощность электродвигателя, кВт;

н

U – номинальное напряжение, В;

c

К – коэффициент спроса (определяется либо по формуле 5.2.5, либо из таб-

лицы 5.2.1).

дв

η

– КПД двигателя;

ϕ

cos

- коэффициент мощности двигателя;

..пм

η

- КПД механической передачи привода (с учетом потерь в подшипниках

качения) определяется из таблицы 5.1.8.

P

н

,

дв

η

,

ϕ

cos

– приведены в справочниках на электродвигатели [11].

Из таблицы 5.3.1 [11] по величине I

р

выбирается сечение кабеля.

Таблица 5.3.1 – Значения длительных допустимых расчетных токовых нагрузок на изолиро-

ванные провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией и шнуры с резиновой изоляцией

Провода, проложенные в одной трубе

Сечение

жилы, мм

2

Открытая

прокладка

проводов

два одно-

жильных

три одно-

жильных

четыре од-

ножильных

один двух-

жильный

один трех-

жильный

0,5 10 - - - - -

0,75 13 - - - - -

1 15 14 13 12 13 12

1,5 20 17 15 14 16 13

2,5 27/21 24/18 22/18 22/17 22 19

4 36/28 34/25 31/25 27/20 28 24

6 46/35 41/32 37/28 35/27 35 30

10 70/50 60/45 55/42 45/35 50 45

16 90/70 75/55 70/55 65/50 70 60

25 125/95 100/75 90/70 80/60 90 75

35 150/115 120/90 110/85 100/75 110 90

50 190/145 165/125 150/115 135/105 140 120

70 240/185 200/155 185/145 165/125 175 155

95 290/225 245/190 225/175 220/155 215 190

97

Продолжение таблицы 5.3.1

Провода, проложенные в одной трубе

Сечение

жилы, мм

2

Открытая

прокладка

проводов

два одно-

жильных

три одно-

жильных

четыре од-

ножильных

один двух-

жильный

один трех-

жильный

120 340/260 280/215 255/195 230/175 260 220

150 390/300 320/245 290/225 - - -

185 450/345 - - - - -

240 535/410 - - - - -

300 615/475 - - - - -

400 735/570 - - - - -

Примечания.

1 – в числителе приведены допустимые нагрузки для проводов с медными, а в знаме-

нателе – с алюминиевыми жилами;

2 – при прокладке кабелей в траншеи вводится поправочный коэффициент К

п

по усло-

виям прокладки кабелей, равный (0,75-0,9) .

При проектировании, когда известны параметры и технические характеристики обо-

рудования, расчет электродвигателя производится по моменту на валу и с учетом характера

работы механизмов. Формулы для расчета приведены в таблице 5.1.1.

5.3.2 Проверка выбранного сечения на потерю напряжения

Потерю напряжения в линии токоприемника U

∆

или групп токоприемни-

ков питающих двигатели определяется по формуле (5.3.3):

ϕ

cos

1000

0

⋅

=∆

н

сн

U

RКP

U

, (5.3.2)

где P

н

– номинальная мощность двигателя, кВт;

c

К – коэффициент спроса;

U

н

– номинальное напряжение питающей сети, В;

cos φ – значение коэффициента мощности двигателя;

R

0

– активное сопротивление кабеля, Ом;

Активное сопротивление находим по формуле

S

l

R ⋅=

ρ

0

, (5.3.3)

где

ρ

– удельное сопротивление выбранного кабеля, мммОм /

2

⋅ (для меди

0175,0

=

ρ

, для алюминия 0263,0

=

ρ

);

S – сечение выбранного кабеля, мм

2

;

l – длина выбранного кабеля, м.

Процент потерь напряжения %U

∆

в линии, питающей электродвигатель (группу

двигателей), равен:

%100

380

% ⋅

∆

=∆

U

(5.3.4)

Для более точного определения потерь напряжения для трехфазной линии электро-

двигателя можно учесть реактивную составляющую:

)sincos(

cos

10

00

2

5

ϕϕ

ϕ

⋅+⋅

⋅

⋅⋅

=∆ ХR

U

lP

U

н

р

, (5.3.5)

где P

р

=P

н

·К

с

– расчетная мощность линии;

R

0

, X

0

– соответственно активное и реактивное сопротивления линии.

98

Если при расчете падение напряжения окажется большим, чем максимальное до-

пустимое его значение, то необходимо выбрать большее сечение провода или кабеля.

5.3.3 Расчет и выбор защитных устройств электродвигателей

В качестве защитных устройств обычно используют автоматические выключатели,

которые выбираются, прежде всего, по номинальному значению напряжения и тока. Затем

определяются токи уставки теплового и электромагнитного расцепителей. Тепловой расце-

питель автомата защищает электроустановку от длительной перегрузки по току. Ток уставки

теплового расцепителя

тр

I принимается равным на 15-20 % больше номинального тока

н

I

или расчетного

p

I .

нтр

II ⋅= )2,1...15,1( (5.3.6)

Электромагнитный расцепитель автомата защищает электроустановку от короткого

замыкания. Ток уставки электромагнитного расцепителя определяется из условий: автомат

не должен срабатывать от пусковых токов двигателя электроустановки, а ток срабатывания

электромагнитного расцепителя

эмр

I выбирается кратному току срабатывания теплового

расцепителя

тр

I [12]:

трэмр

IКI ⋅= , (5.3.7)

где К=4,5…10 – коэффициент кратности тока срабатывания электромагнитного рас-

цепителя.

Значение тока электромагнитного расцепителя

эмр

I можно также определить по крат-

ному току запуска двигателя

п

I к номинальному

н

I или расчетному току

p

I :

н

п

эмр

I

I ≥ , (5.3.8)

Значения

п

I и

н

I приводятся в справочных данных на двигатели и имеют значения,

например, для двигателей асинхронных 4А значения от 3,5 до 7,5 [12].

Выбранный автоматический выключатель проверяется по чувствительности и по от-

ключающей способности. Автоматы с номинальным током до 100А должны срабатывать при

условии, что:

окзэмр

II4,1

≤

, (5.3.9)

где

окз

I - ток однофазного короткого замыкания.

Автомат с номинальным током более 100А должен срабатывать при условии

окзэмр

II ≤⋅26,1 (5.3.10)

Чувствительность автомата, имеющего только тепловой расцепитель, определяется

соотношением

окзэмр

II =⋅3 (5.3.11)

При выборе предохранителей ток плавкой вставки

пл

I выбирается в соответствии с

выражением

окзпл

II =⋅3 (5.3.12)

Ток плавкой вставки предохранителей, использующих для защиты асинхронного дви-

гателя с короткозамкнутым ротором

β

пуск

пл

I

I = , (5.3.13)

99

где

β

– коэффициент, зависящий от условий пуска, при средних условиях пуска

5,2

=

β

;

пуск

I – пусковой ток двигателя, А.

В электроустановках чаще используют автоматические выключатели серии АП, А31,

А37, АЕ.

Автоматы серии АП (таблица 5.3.2) снабжают регулируемыми и нерегулируемыми

тепловыми (Т) расцепителями, электромагнитными (М) и комбинированными (МТ) расцепи-

телями.

Автоматы АП50 применяют для электродвигателей мощностью до 20 кВт при на-

пряжении 380 В с номинальным током теплового расцепителя 50 А.

Автоматы серии А3100 (таблица 5.3.3) выпускают на номинальный ток расцепителя

50…600 А при напряжении 500 В. Расцепители всех типов этой серии не допускают регули-

ровку тока и времени срабатывания в эксплуатации, и поэтому поставляются в опечатанном

виде.

Автоматы серии А3700 (таблица 5.3.4) выполнены на базе полупроводниковых или

термобиметаллических элементов и допускают регулировку номинального тока расцепителя

и токов срабатывания.

Автоматы серии АЕ (таблица 5.3.5) предназначены для защиты асинхронных элек-

тродвигателей с короткозамкнутым ротором с номинальным током выключателя 100 А.

Предохранители ПН (таблица 5.3.6) используются для защиты сетей напряжением

380/220 В от токов короткого замыкания.

Магнитные пускатели (таблица 5.3.7) предназначены для пуска, остановки, реверси-

рования и тепловой защиты, главным образом, асинхронных двигателей. Наибольшее при-

менение находят магнитные пускатели с контактными системами и электромагнитным при-

водом типов ПМЕ, ПМА, ПА (ПАЕ) и ПМЛ. Пускатели выполняются закрытого, защищен-

ного, пылебрызгонепроницаемого исполнения, реверсивные и нереверсивные, с тепловой

защитой и без нее.

Таблица 5.3.2 – Автоматы серии АП50 с комбинированными расцепителями

Номинальный ток

расцепителя, А

Пределы регулиров-

ки токов уставки те-

плового расцепителя

Допускаемый ток

короткого замыка-

ния, А (действующее

значение при 380 В)

I

КЗ

, А (действующее

значение) для авто-

матов только

с тепловыми

расцепителями

1,6 1…1,6 300 225

2,5 1,6…2,5 400 350

4,0 2,5…4,0 600 560

6,4 4,0…6,4 800 900

10 6,4…10 1500 400

16 10…16 2000 600

25 16…25 2000 900

40 25…40 2000 900

50 30…50 2000 900

Примечание. Автоматы выпускают с током отсечки электромагнитного расцепителя

I

О.Э.Р

=3,5I

Н

; I

О.Э.Р

=8I

Н

и I

О.Э.Р

=11I

Н

; с числом полюсов 2 и 3; габариты 210х160х143 мм; время

срабатывания 0,02 с.

100

Таблица 5.3.3 – Трехполюсные автоматы серии А3100 переменного тока

Марка Исполнение

Номина-

льный ток

I

НА

, А

Вид

расцепителя

Номиналь-

ный ток рас-

цепителя I

НР

,

А

Ток уставки

электромагнитного

расцепителя I

ЭМ

, А

Предель-

ный удар-

ный ток КЗ,

кА

15 - 2,0

20 - 2,5

25 - 3,0

30 - 3,5

40 - 4,0

А3160 А3163 50

Тепловой

50 - 4,5

15 150 3,2

20 200 4,0

25 250 5,0

30 300 7,0

40 400 8,5

50 500 10,0

60 600 11,0

80 800 11,5

А3110 А3114/1 100

Комбинированный

100 1000 12,0

15 150 3,2

20 200 4,0

25 250 5,0

40 400 8,5

60 600 11,0

А3110 А3114/5 100

Электромагнитный

100 1000 12,0

15 430 5,5

20 430 6,0

25 430 9,0

30 430 11,0

40 600 13,0

50 600 19,0

60 600 20,0

80 800 20,0

А3120 А3124 100

Комбинированный

100 800 23,0

А3120 А3124 100

Электромагнитный

100 600; 800 23,0

120 840 19,0

150 1050 23,0

Комбинированный

200 1400 30,0

200 840 30,0

200 1050 30,0

А3130 А3134 200

Электромагнитный

200 1400 30,0

250 1750 32,0

300 2100 35,0

400 2800 35,0

500 3500 50,0

А3140 А3144 600

Комбинированный

600 4200 50,0

Примечание. Номинальный ток уставки срабатывания в зоне перегрузки будет

I

Н.У.тепл

=1,25I

Н.Р.

Ключников В.В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.