Проектирование систем электрификации

Содержание

Часть 1 Техническое задание на проектирование

1.1Перечень вопросов для проектирования

1.2Исходные данные для проектирования4

1.2.1 Краткое описание технологического процесса

1.2.2 Данные для выбора силового электрооборудования, аппаратуры управления, средств автоматизации кабелей и проводов

1.2.3 Условия эксплуатации электрифицированной системы машин и механизмов

1.2.4 Степень защиты электрооборудования и средств автоматизации

1.2.5 План помещения с расположением системы технологических машин и механизмов, его размеры

1.2.6 Температурный режим сушилки

Часть 2 Результаты проектирования и принятые технические решения.

2.1 Разработка и описание принципиальной электрической схемы управления системы технологических машин и механизмов

2.2 Выбор силового электрооборудования, аппаратуры управления и защиты

2.2.1 Выбор электродвигателей

2.2.2 Выбор тепловых электронагревателей

2.2.3 Выбор пускозащитной аппаратуры

2.2.3.1 Расчет номинальных рабочих и пусковых токов электродвигателей и ТЭНов

2.2.3.2 Выбор магнитных пускателей

2.2.3.3 Выбор аппаратуры защиты

2.2.3.3.1 Выбор предохранителей

2.2.3.3.2 Выбор тепловых реле

2.2.3.4 Выбор аппаратуры управления и сигнализации

2.2.3.5 Выбор щита управления

2.2.3.6 Выбор кабелей и проводов

2.3 Разработка и описание функциональной технологической схемы автоматизации

2.4 Выбор средств автоматизации

Список использованной источников

Часть1. Техническое задание на проектирование

1.1 Перечень вопросов для проектирования

1. Разработать и описать принципиальную электрическую схему управления технологической системы машин, предусмотрев в ней:

a) световую сигнализацию состояния системы машин;

б) звуковую сигнализацию о пуске системы машин;

в)аварийный останов системы машин из двух мест: со щита управления и с рабочих мест транспортеров;

г)невозможность пуска системы машин при снятых или неплотно закрытых ограждениях опасных зон транспортеров;

д)запуск системы машин в последовательности, противоположной направлению движения обрабатываемого продукта;

е) наладочный режим работы оборудования;

ж) автоматическое и ручное регулирование температуры в сушильной установке;

з) защиту электронагревателей и электродвигателей от токов коротких замыканий предохранителями и от перегрузок электротепловыми реле;

2 Выбрать электродвигатели, трубчатые электронагревательные элементы, аппаратуру управления и защиты, технические средства автоматизации в соответствии с принципиальной электрической схемой.

3 Разработать общий вид щита управления и выбрать его тип. Предусмотреть установку пускозащитной аппаратуры на щите.

4 Разработать схему электрических соединений щита управления. Схему выполнить адресным способом.

5 Разработать схему подключений щита управления.

6 Выбрать кабели, провода и способы их прокладки; определить сечения.

7 Составить план силовых проводок.

8 Разработать и описать функционально-технологическую схему автоматизации сушильной установки.

9 Выбрать средства автоматизации в соответствии с функционально-технологической схемой.

1.2 Исходные данные для проектирования

1.2.1 Краткое описание технологического процесса

Продукт, подлежащий обработке, транспортерами 1 и 2 подается на тепловую обработку. Тепловая обработка осуществляется воздухом, нагретым до определенной температуры. После окончания тепловой обработки продукт транспортерами 3 и 4 удаляется из зоны теплового воздействия. Обработанный продукт направляется на склад готовой продукции транспортерами 5, 6 и 7.

1.2.2 Данные для выбора силового электрооборудования, аппаратуры управления, средств автоматизации кабелей и проводов

Система машин оснащена асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями и трубчатыми электронагревательными элементами (ТЭНами).

Некоторые данные указанного оборудования приведены в таблице 1.

Таблица №1

Данные электрооборудования.
№ п/п	Наименование	Количество, шт	Мощность, кВт	Скорость вращения, об/мин
1	Эл.двигатель приёмного транспортера	2	1,5	1000
2	Эл.двигатель транспортёра сушилки	2	2,2	1000
3	Эл.двигатель выходного транспортёра	2	1,5	1000
4	Эл.двигатель выходного транспортёра	1	4	1000
5	Эл.двигатель вентилятора	2	4	1000
6	ТЭН	6	0,8	---

1.2.3 Условия эксплуатации электрифицированной системы машин и механизмов

Эксплуатация электрифицируемой системы машин и механизмов предполагается в районах с умеренным климатом в закрытых, сухих и влажных помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий.

Помещение, в котором предполагается эксплуатация поточной линии, по степени опасности поражения людей электрическим током, относится к помещениям без повышенной опасности.

Пусковой режим электродвигателей - легкий. Коэффициент загрузки - 0,8; коэффициент одновременности - 0,9.

Электроснабжение предприятия осуществляется по четырехпроводной системе с глухозаземленной нейтралью. Напряжение сети 380/220В, частота переменного тока 50 Гц.

1.2.4 Степень защиты электрооборудования и средств автоматизации

Электрооборудование должно быть защищено от попадания мелких, твёрдых посторонних тел толщиной не менее 1 мм и брызг воды любого направления.

1.2.5 План помещения с расположением системы технологических машин и механизмов, его размеры

План помещения с расположением системы технологических машин и механизмов приведён на рис.1. Размеры помещения: длина 36000 мм; ширина 12000 мм; высота 6000 мм.

1.2.6 Температурный режим сушилки

Температура воздуха в сушилке поддерживаться на уровне tрег = 803 С. Контроль и регулирование текущего значения температуры воздуха в сушилке выполнить на щите и по месту.

Часть2. Результаты проектирования и принятые технические решения

2.1 Разработка и описание принципиальной электрической схемы управления системы технологических машин и механизмов

Электрическая принципиальная схема управления системой машин представлена на листе № 1 графической части курсового проекта.

Схема состоит из двух частей:

силовой;

управления системой машин.

Питание на силовую схему подается через вводной 3-х полюсный рубильник QS. Питание на каждый силовой аппарат схемы М1 - М9, ЕК1 - ЕК2 подается через предохранители.

Пуск в работу указанных токоприемников осуществляется с помощью электромагнитных пускателей КМ1 ... КМ11.

Подача питания на схему управления осуществляется при помощи однополюсного автоматического выключателя SF1, при этом загорается сигнальная лампа HL "Сеть".

Нажатием кнопки SB1 осуществляется предпусковая звуковая сигнализация, при помощи электрического звонка НА.

В схеме управления предусмотрен аварийный останов, который осуществляется посредством нажатия кнопки SB2… SB3. Первая установлена на щите, а другие на рабочих местах на технологическом оборудовании.

В схеме предусмотрена обратная последовательность запуска технологического оборудования, это сделано в целях предотвращения завалов продукции при пуске и других аварийных ситуаций. Обратный пуск осуществляется при помощи системы блокировок, используя блок контакты КМ1.2…КМ7.2.

Кроме того в схеме предусмотрена невозможность пуска ТЭНов при неработающем вентиляторе с помощью контактов КМ8.2, КМ9.2.

Предусмотрены также переключатели SA1...SA7 для вывода оборудования в наладочный режим работы. В этом режиме возможен пуск и останов любого транспортёра независимо от состояния других транспортёров.

Пуск и останов технологического оборудования реализуется при помощи кнопочных станций SB10 - SB30.

О запуске технологического оборудования свидетельствует загорание сигнальных ламп HL1 ... HL11.

При снятых или неплотно закрытых ограждениях опасных зон транспортеров в принципиальной схеме предусмотрены микропереключатели SQ1 ... SQ7.

В схеме предусмотрены режимы автоматического и ручного управления сушильной установкой. В автоматическом режиме контроль за температурой в сушильной камере осуществляется с помощью терморегулятора КSТ. В ручном режиме функции терморегулятора выполняет оператор, который включает или выключает ТЭНы ЕК1 - ЕК2 в зависимости от текущего значения t C воздуха в сушилке. Переключение режимов управления осуществляется переключателем SA. В любом режиме ТЭНы не могут быть включены без запуска вентиляторов.

Перечень элементов принципиальной схемы приведён в таблице на листе № 1 графической части, кроме того на листе представлена диаграмма переключения контактов универсального переключателя SA.

2.2 Выбор силового электрооборудования, аппаратуры управления и защиты

2.2.1 Выбор электродвигателей

Выбор электродвигателей производится с учётом данных в таблицы №1 и пунктов 1.2.3 и 1.2.4 технического задания на проектирование и справочника |1|. Выбираем асинхронные короткозамкнутые двигатели основного исполнения серии 4А. Основные технические показатели электродвигателей приведены в таблице №2.

2.2.2 Выбор тепловых электронагревателей

Выбор тепловых электронагревателей производится с учётом вида нагреваемой среды и данных таблице №1. Нагреваемая среда - воздух. Результаты выбора ТЭНов представлены в таблице №2.

Основные технические показатели электродвигателей и ТЭНов Таблица №2

№ п/п	Наименование оборудования	Кол-во	Тип	Р, кВт	Cos	Кi	кпд, %
1	Эл.двигатель приёмного транспортера	2	4А90L6У3	1,5	1,74	5,5	75
2	Эл.двигатель транспортёра сушилки	2	4А100L6У3	2.2	0,73	5.5	81
3	Эл.двигатель выходного транспортёра	2	4А90L6У3	1,5	1,74	5,5	75
4	Эл.двигатель выходного транспортёра	1	4А112МB6У3	4	0,81	6	82
5	Эл.двигатель вентилятора	2	4А112МB6У3	4	0,81	6	82
6	ТЭН	6	ТЭН 21	0,8	1	-	100

2.2.3 Выбор пускозащитной аппаратуры

2.2.3.1 Расчет номинальных рабочих и пусковых токов электродвигателей и ТЭНов

Исходными данными для расчёта номинальных, рабочих и пусковых токов силового электрооборудования являются данные, приведённые в таблицах № 1 и 2.

Расчёт номинальных токов силового оборудования производится по формуле:

Рабочий ток определим по формуле:

где Кз - коэффициент загрузки.

Расчёт пусковых токов производим по формуле :

где Кi - коэффициент кратности пускового тока.

В качестве примера рассмотрим расчёт номинального, рабочего и пускового тока электродвигателя М1 выходного транспортёра.

Исходные данные для расчёта:

Марка ЭД:4А112МВ6У3

Номинальная мощность:Pн = 4 кВт

к.п.д. = 0,82

Коэффициент мощностиcos = 0,81

Кратность пускового токаКi = 6

Коэффициент загрузкиКз = 0,8

Номинальное напряжение сетиUном = 380 В

Решение:

А

А

А

Исходные данные для расчёта номинальных токов ТЭНов:

Марка ТЭНаТЭН 21

Номинальная мощность:Pн = 2,4 кВт

Коэффициент мощностиcos = 1,0

к.п.д. = 1,0

Номинальное напряжение сетиUном = 380 В

Решение:

где: n - количество ТЭН в группе.

А

Результаты расчётов сведём в таблицу №3

Результаты расчёта номинальных, рабочих и пусковых токов ЭД и ТЭНов. Таблица№3

Показатели	Токоприёмники
	М7	М6	М5	М4	М3	М2	М1	М8	М9	ЕК1	ЕК2
Iном, А	4,1	4,1	5,6	5,6	4,1	4,1	9,1	9,1	9,1	3,6	3,6
Iраб, А	3,2	3,2	4,48	4,48	3,2	3,2	7,28	7,28	7,28
Iпуск, А	22,5	22,5	39,2	39,2	22,5	22,5	54,6	54,6	54,6

2.2.3.2 Выбор магнитных пускателей

Магнитный пускатель выбираем по:

номинальному напряжению Uн.п. Uс

напряжению катушки Uн.к = Uц.у.

габариту Рп Рн.дв. , Iп Iдв

возможности реверсирования

наличию тепловых реле

условиям окружающей среды

наличию блок контактов

Здесь принимаем обозначения:

Uн.п. - номинальное напряжение пускателя в В;

Uс - номинальное напряжение сети в В;

Uн.к - номинальное напряжение катушки в В;

Uц.у. - номинальное напряжение цепи управления в В;

Рп - наибольшая мощность управления пускателем в кВт;

Рн.дв - номинальная мощность токоприёмников в кВт;

Iп - номинальный ток пускателя , А;

Iн.дв - номинальный ток токоприёмника, А;

Исходными данными для выбора пускателя являются данные, приведённые в таблицах № 2 и 3. В качестве примера рассмотрим выбор магнитного пускателя для двигателя М4 транспортера сушилки.

Марка электродвигателя: 4А100L6У3

Рн =2.2 кВт; Iн = 5.6 А; Uc = 380 В; Uц.у = 220 В

Реверсирование двигателя - отсутствует.

Условия окружающей среды указаны в пунктах 1.2.3 и 1.2.4 технического задания на проектирование.

Необходимое число блокконтактов - два замыкающих (см. принципиальную схему на листе №1 графической части)

Решение:

Из справочника для электродвигателя М1 выходной транспортер выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ - 1102C04. Пускатель нереверсивный без реле. Исполнение по степени защиты пускателя IP 00 (принимаем с учётом установки пускозащитной аппаратуры в щите управления). Число блокконтактов 2зам.+ 2разм.

Номинальный ток пускателя:

Iп = 10 А Iн.дв = 5.6 А

Номинальное напряжение пускателя:

Uн.п. = Uс = 380 В

Номинальное напряжение катушки пускателя:

Uн.к = Uц.у. = 220 В

Результаты выбора магнитных пускателей сведём в таблицу №4.

Таблица 4

Вид технологического оборудования	Позиц. обозначение	Р токоприёмника, кВт	I токоприемника, А	Характеристика показателя
				Тип	Вел-на	Uн,В	Iп, А	Число блок контактов	Uкат, В
				Нереверсивное, без реле
ЭД выходного тр-ра №1	М1	4	9,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД выходного тр-ра №2	М2	1,5	4,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД выходного тр-ра №3	М3	1,5	4,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД тр-ра сушилки №1	М4	2,2	5,6	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД тр-ра сушилки №2	М5	2,2	5,6	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД приемного транспортера	М6	1,5	4,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД приемного транспортера	М7	1,5	4,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД вентилятора №1	М8	4	9,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ЭД вентилятора №2	М9	4	9,1	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ТЭН	ЕК1	2,4	3,65	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220
ТЭН	ЕК2	2,4	3,65	ПМЛ-1102С04	1	380	10	2+2	220

2.2.3.3 Выбор аппаратуры защиты

2.2.3.3.1 Выбор предохранителей

Предохранители выбирают по следующим параметрам:

номинальному напряжению

Uном.пр Uс,

где Uс - номинальное напряжение сети, В;

предельному отключаемому току и предохранителя

Iпред.пр Iк³,

где Iк³ - ток трехфазного короткого замыкания в месте установки предохранителя, А;

номинальному току плавкой вставки; номинальный ток плавкой вставки Iном.вст должен быть по возможности наименьшим при соблюдении следующих условий:

Iном.вст Iр.max

И

Iном.вст Imax/,

где Ip.max - максимальный рабочий ток цепи, защищаемой предохранителем, А; Imax - максимальный ток цепи при включении электроприемника, у которого пусковой ток значительно превышает номинальный, А. Для электродвигателей Imax = In = kjIном;

Iном и In - соответственно номинальный и пусковой токи электродвигателя, А;

kj - кратность пускового тока;

- коэффициент, значение которого зависит от условий работы электродвигателя. Для двигателей с легкими условиями пуска (нечастые пуски до 15 в час, длительность пуска 5...10 с.) = 2,5

Номинальный ток предохранителя для защиты группы электродвигателей должен быть равен сумме номинальных токов одновременно работающих двигателей или превышать его. При этом предохранитель должен обеспечивать нормальный пуск одного из двигателей группы с наибольшим пусковым током при работающих остальных двигателях.

При числе двигателей более пяти, ток плавкой вставки для группы определяют по формуле

,

где - сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей без двигателя с наибольшим пусковым током, А; In.нб - пусковой ток двигателя с наибольшим пусковым током, А.

Рассчитаем номинальный ток плавких вставок FU1…FU3

А

Выбираем предохранитель ПР2 - 100 с плавкой вставкой на 100 А

Рассчитаем номинальный ток плавких вставок FU4...FU6

 А.

Выбираем предохранитель ПР2 - 60 с плавкой вставкой на 25 А

Результаты выбора предохранителей сводим в таблицу

Вид технологического оборудования	Позиц. обозначение	Р токоприёмника, кВт	I токоприемника, А	Характеристика показателя
				Тип	Uн,В	Iном.вс, А
ЭД выходного тр-ра №1	М1	4	9,1	ПР2 - 60	380	25
ЭД выходного тр-ра №2	М2	1,5	4,1	ПР2 - 60	380	15
ЭД выходного тр-ра №3	М3	1,5	4,1	ПР2 - 60	380	15
ЭД тр-ра сушилки №1	М4	2,2	5,6	ПР2 - 60	380	15
ЭД тр-ра сушилки №2	М5	2,2	5,6	ПР2 - 60	380	15
ЭД приемного транспортера	М6	1,5	4,1	ПР2 - 60	380	15
ЭД приемного транспортера	М7	1,5	4,1	ПР2 - 60	380	15
ЭД вентилятора №1	М8	4	9,1	ПР2 - 60	380	25
ЭД вентилятора №2	М9	4	9,1	ПР2 - 60	380	25
ТЭН	ЕК1	2,4	3,65	ПР2 - 15	380	6
ТЭН	ЕК2	2,4	3,65	ПР2 - 15	380	6
Общий				ПР2-100	380	100

2.2.3.3.2 Выбор тепловых реле

Электротепловые реле выбирают по номинальному току нагревательного элемента с последующей регулировкой на номинальный ток защищаемого электродвигателя так, чтобы последний находился в зоне регулировки номинального тока несрабатывания теплового реле:

I_{min p} < I_ном.дв < I_{max p},

где I_{min p}, I_{max p} - границы изменения уставки теплового реле, А;

I_ном.дв - номинальный ток защищаемого электродвигателя, А.

Если это условие выполняется для тепловых реле двух номиналов, то выбирают тепловое реле с меньшим током, чтобы обеспечить возможность регулирования в сторону повышения чувствительности защиты.

Результаты выбора тепловых реле сводим в таблицу

Вид технологического оборудования	Позиц. обозначение	Р токоприёмника, кВт	I токоприемника, А	Характеристика показателя
				Тип	Uн,В	Iрег, А
ЭД выходного тр-ра №1	М1	4	9,1	РТЛ-1014	380	7…10
ЭД выходного тр-ра №2	М2	1,5	4,1	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД выходного тр-ра №3	М3	1,5	4,1	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД тр-ра сушилки №1	М4	2,2	5,6	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД тр-ра сушилки №2	М5	2,2	5,6	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД приемного транспортера	М6	1,5	4,1	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД приемного транспортера	М7	1,5	4,1	РТЛ-1010	380	3,8…6
ЭД вентилятора №1	М8	4	9,1	РТЛ-1014	380	7…10
ЭД вентилятора №2	М9	4	9,1	РТЛ-1014	380	7…10

2.2.3.4 Выбор аппаратуры управления и сигнализации

Для управления транспортёрами, вентиляторами и ТЭНами выбираем посты управления типа ПКЕ 112-2У3 (SB19 … SB30).

Для управления звуковой сигнализацией и аварийного останова технологического оборудования принимаем посты управления типа ПКЕ 112-1У3 (SB1 … SB8).

Для защиты обслуживающего персонала от попадания в зону рабочего транспортера принимаем микропереключатели типа МП-2 (SQ1 ... SQ7).

Для реализации световой сигнализации принимаем сигнальную арматуру типа АСЛ 11У3 (HL…HL11).

Для освещения щита принимаем лампу БК 215 - 225 - 60 (EL).

Для управления режимами работы электродвигателей транспортеров принимаем переключатели типа ТП 2-1 (SA1 ... SA7).

Для управления температурным режимом сушилки принимаем автоматический универсальный переключатель типа УП5311 (SA).

Подробный перечень технических средств приведён в таблице “Перечень элементов схемы” на листе №1.

2.2.3.5 Выбор щита управления

Выбор щита управления производится с учетом того, что он должен быть установлен в производственном помещении в непосредственной близости от основного оборудования. При этом аппаратура и внутри щитовая проводка должна быть защищена от пыли, влаги и механических повреждений, а обслуживающий персонал от прикосновения к открытым токоведущим частям и сборкам зажимов.

С учётом этих и других факторов принимаем щит типа ЩШЗД 2200х600х600.

Общий вид щита управления представлен на листе №2 графической части.

Схема электрических соединений щита управления выполнена адресным способом и представлена на листе №3 графической части.

Схема подключения щита управления и токоприёмников основного технологического оборудования приведена на листе №4 графической части.

2.2.3.6 Выбор кабелей и проводов

Производится по условиям окружающей среды в соответствии с п.1.2.3 технического задания на проектирование. Для внутренних силовых электропроводок принимаем алюминиевые провода марки АВВГ.

Исходя из условия обеспечения сохранности электропроводки от механических повреждений, принимаем открытый способ прокладки в коробах.

Площадь сечения выбираем по допустимому длительному току.

План силовых проводок представлен на листе №5 графической части.

2.3 Разработка и описание функциональной технологической схемы автоматизации

Функциональная схема автоматизированной сушилки представлена на листе №6 графической части. Она включает функциональные узлы контроля, регулирования и управления.

Узел регулирования температуры включает датчик температуры ТЕ (поз. 1-1), установленный в сушилке. Датчиком температуры является термосопротивление типа ТСМ-100M, имеющее пределы температуры регулирования от -50 до +100 ⁰С. Сигнал с датчика температуры поступает на регулирующее показывающее устройство ТIС (поз. 1-2), расположенное на щите. Регулирующим устройством является электронный регулятор типа 2ТРМ1 с пределами регулирования температуры от -50 до + 100 ⁰С. Питание регулятора происходит от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50 Гц.

Регулирование температуры воздуха в сушилке может осуществляется в автоматическом и ручном режимах. С этой целью на щите управления установлен переключатель HS (поз. 1-3). В автоматическом режиме регулирование температуры осуществляется терморегулятором ТIС путём воздействия на исполнительные механизмы NS (поз. 1-5 и 1-8), коими являются магнитные пускатели.

В ручном режиме включение и отключение ТЭНов осуществляется с помощью кнопки управления Н (поз. 1-4 и 1-7). О включении ТЭНов свидетельствует сигнальная лампа на щите управления.

Функциональный узел контроля температуры воздуха в сушилке включают соответствующие датчики температуры ТЕ (поз. 1-1), установленные непосредственно в сушилке.

Функциональный узел управления работой вентиляторов включает соответствующие магнитные пускатели NS и кнопки управления Н. О включении и выключении вентиляторов свидетельствуют сигнальные лампы, установленные на щите.

2.4 Выбор средств автоматизации

Для контроля и регистрации температуры выбираем измеритель - регулятор двухканальный 2ТРМА-Щ2N-ТC*-РИ с датчиком температуры ТСМ-100M. И пределами измерения температуры от -50 до + 100 ⁰С

Список используемых источников

Алиев И. И.Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учебное пособие для вузов. - 2-е изд., М.: Высшая школа, 2000. - 255с., ил.

Курсовое и дипломное проектирование. Под ред. Каганова Н. Л.

Махальчук А. М. Спутник сельского электрика. Справочник.

Поярков Н. М. Практикум по проектированию промышленной электрификации. - М.: Росагропромиздат, 1987. - 192с.

Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 2000. - 648с.