Белорусский государственный аграрный технический университет

Агроэнергетический факультет

Кафедра энергетики

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

на тему:

Энергообеспечение коровника на 400 голов СПК «Засковичи» Сморгонского района с разработкой энергосберегающей отопительно-вентиляционной системы

Дипломник

Гинько Иван Фаддеевич

Руководитель проекта

Коротинский Виктор Андреевич

МИНСК 2006

Аннотация

Дипломный проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 92 страница, таблиц - 14, рисунков - 8, диаграмм - 1, графическая часть на восьми листах формата А1.

Ключевые слова: электроснабжение, электрооборудование, электрическая сеть, нагрузка, потеря напряжения, тепловые потери, безопасность, экономия.

В проекте осуществлен электрический расчет сети 0,38 кВ, рассчитаны токи короткого замыкания, рассчитаны потери напряжения в сети, расчет электрического освещения, приведена характеристика объекта проектирования, выполнен расчет энергосберегающей системы отопления и вентиляции, рассмотрены требования безопасности при монтаже и эксплуатации энергооборудования, пожарной безопасности и расчет эффективности заземления трансформаторной подстанции, выполнено технико-экономическое обоснование проекта.

THE SUMMARY

The Degree project is executed in volume: accounting-explanatory note on 92 pages, tables - 14, drawing - 8, diagram -1, graphic part on eight sheets of the format A1.

The Keywords: supply, the energy equipment, electric network, load, loss of the voltage, heat losses, safety, economy.

In project is realized electric calculation to network 0,38 kV, is calculated the electric current of the short circuit, is calculated loss of the voltage in network, calculation of the electric illumination, is brought feature of the object of the designing, is executed calculation the energy's safety systems of the heating and ventilations, is considered requirements to safety at montage and usages the energy equipments, fireman to safety and calculation to efficiency of the earth to transformer substation, is executed a feasibility study of the project.

Содержание

Ведомость комплекта проектной документации

Введение

1. Общая часть

1.1 Характеристика предприятия

1.2 Описание технологического процесса и краткая характеристика объекта проектирования

1.3 Расчет освещения в помещениях объекта проектирования и выбор электрооборудования

1.4 Расчет электрических нагрузок объекта электроснабжения

1.5 Выбор мощности, типа, числа и места размещения ТП

1.6 Расчет электрических сетей

1.7 Расчет токов короткого замыкания

2. Специальная часть

2.1 Характеристика объекта проектирования

2.2 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

2.3 Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

2.4 Выбор системы отопления и вентиляции

2.5 Расчет и выбор калориферов

2.6 Аэродинамический расчет воздуховодов

2.7 Вытяжные шахты

2.8 Выбор вентилятора

2.9 Разработка схемы автоматизации ОВС

3. Безопасность жизнедеятельности

3.1 Требования безопасности при монтаже электрооборудования коровника на 400 голов

3.2 Основные требования электробезопасности при эксплуатации оборудования молочно-товарной фермы

3.3 Расчет эффективности зануления

3.4 Пожарная безопасность

3.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных экологически неблагоприятных ситуациях

3.5.1 Влияние производства на окружающую среду

3.5.2 Мероприятия по безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

4. Технико-экономическое обоснование принятых решений

4.1 Сравнение электрических и водяных калориферов

4.2 Энергоемкость процесса отопления и вентиляции

4.3 Капиталовложения и годовые текущие затраты

4.4 Расчет текущих затрат

4.5 Доход при реализации проекта

4.6 Вывод

Литература

Введение

Животноводство -- одна из важнейших отраслей сельского хозяйства, удовлетворяющих потребности населения в продуктах питания, а также обеспечивающих сырьем различные отрасли промышленности.

Перевод животноводства на промышленную основу, создание крупных животноводческих комплексов характеризуется значительной концентрацией большого числа животных в помещении, требует блокировки зданий и увеличения их вместимости. Это предъявляет особо строгие требования к созданию оптимального микроклимата, который на современном этапе имеет первостепенное значение для сохранности и высокой продуктивности животных при меньших затратах на единицу продукции. При индустриальных способах содержания организм животных испытывает большие функциональные нагрузки, изменяются его адаптивные реакции на внешние раздражители, которые нередко становятся для них стрессовыми. В результате нарушается физиологическое состояние организма, чаще проявляются заболевания животных, обусловленные снижением естественной резистентности и иммунологической реактивности.

Несоответствие основных факторов микроклимата (температура, влажность и скорости движения воздуха, наличие в нем аэроионов, микроорганизмов, пыли и вредных газовых примесей, уровня освещенности в помещениях, акустического фона, атмосферного давления и т.д.) оптимальным зоогигиеническим параметрам обуславливает у животных нарушения обмена веществ, замедление окислительно-восстановительных процессов в тканях, снижение показателей клеточной и гормональной защиты организма, ухудшение морфологического состава и биохимических свойств крови, нарушение воспроизводительной функции маточного поголовья, задержку роста и развития молодняка, а также снижение удоем молока, прироста массы животных, увеличение заболеваемости и падежа молодняка, расходов кормов и себестоимости продукции. Кроме того, ухудшаются биологические и санитарные ее качества, сокращаются сроки хозяйственного использования маточного поголовья, имеет место преждевременного снятия животных с откорма.

Причины формирования неудовлетворительного микроклимата различны:

при строительстве и эксплуатации животноводческих зданий не всегда учитываются зональные климатические условия, в связи, с чем снижается теплозащита ограждающих конструкций и мощность вентиляционно-отопительного оборудования; не совершенны системы освещения, канализации, вентиляции и отопления;

не везде своевременно и квалифицированно проводят их техническое обслуживание.

В связи с этим в животноводческих зданиях складывается микроклимат, который не только отрицательно влияет на организм животных, но и снижает сроки службы зданий и установленного в них технологического оборудования, ухудшаются условия труда обслуживающего персонала.

Создание оптимального микроклимата в современных животноводческих зданиях возможно лишь при оборудовании совершенных систем отопления, вентиляции, освещения, средств локального обогрева с автоматическим управлением и регулированием. Также на данный момент большое внимание должно уделяться экономии, и рациональному использованию энергоресурсов на создание микроклимата в рабочей зоне. Для этого требуется четкая организация со стороны зооветеринарной и инженерной служб зоогигиенического контроля за строительством зданий и созданием микроклимата в животноводческих помещениях, своевременное и квалифицированное систем его обеспечения.

1. Общая часть

1.1 Характеристика предприятия

СПК «Засковичи» находится в Сморгонском районе Гродненской области на расстоянии 23 км от райцентра. Центральная усадьба хозяйства расположена в деревне Засковичи.

Общая земельная площадь хозяйства составляет 7012 га, в том числе сельскохозяйственных угодий 6496 га:

-- пашня 2073 га;

-- сенокосы 1280 га;

-- пастбища 1978 га;

-- сады 79 га;

-- пруды и водоемы 70 га;

-- залежные земли 506 га.

Основное производственное направление хозяйства растениеводство и животноводство. Также в последние годы в хозяйстве усиленно развивается садоводство.

На угодьях хозяйства выращиваются следующие культуры:

* зерновые и бобовые 1600 га, в том числе:

-- озимые 863 га, из них: пшеница 346 га, рожь 226 га, третекаль 251 га;

-- яровые 636 га, из них: пшеница 300 га, овёс 50 га, ячмень 286 га;

-- бобовые 100 га.

* технические культуры 540 га, в том числе:

-- лен 110 га,

-- свекла сахарная 150 га,

-- рапс: озимый 200 га, яровой 20 га,

-- картофель 60 га.

Животноводство имеет мясомолочное и молочное направление. Поголовье КРС составляет 3900 голов, в том числе на откорме 2200 голов.

На территории хозяйства также находится зерносушильный комплекс, мельница, два машинотракторных стана. Состав машинотракторного парка следующий :

-- трактора всех марок 20 ед.;

-- прицепы 9 ед.;

-- сеялки 4 ед.;

-- картофелесажалки 3 ед.;

-- плуги 7 ед.;

-- культиваторы 6 ед.;

-- сенокосилки тракторные 6 ед.;

-- кормоуборочные комплексы 4 ед.;

-- комбайны 8 ед.;

-- жатки 8 ед.;

-- пресс-подборщики 5 ед.;

-- опрыскиватели 4 ед.;

-- грузовые авто 12 ед.

Электроснабжение СПК «Засковичи» осуществляется от Молодеченской и Сморгонской трансформаторных подстанций 110/35/10 кВ.

1.2 Описание технологического процесса и краткая характеристика объекта проектирования

1.3 Расчет освещения в помещениях объекта проектирования и выбор электрооборудования

В качестве источников света с учетом технических показателей и согласно рекомендациям СНБ 2.04.05.97 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования», и «Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений», принимаем для общего освещения помещения газоразрядные источники света низкого давления, лампы типа ЛБР.

Для создания одинаковой освещенности во всех точках освещаемой поверхности применяют систему общего равномерного освещения.

Вид освещения - рабочее освещение для выполнения основных технологических операций. Оно служит для создания нормированной освещенности во всех точках рабочей поверхности. В сельскохозяйственных помещениях из рабочего освещения выделяют 10-15 % светильников на дежурное освещение.

Нормируемую освещенность рабочих поверхностей можно определить по таблице, приведенной в СНБ 2.0405-97, в зависимости от характеристики зрительных работ, наименьшего размера объекта различения, контраста объекта различения с фоном и характеристики фона. Для облегчения определения норм освещенности на основе СНБ 2.0405-97 разработаны отраслевые нормы рабочего освещения производственных, административных, общественных и бытовых помещений, нормируемая освещенность по которым определяется в зависимости от технологического назначения помещений.

Уменьшение освещенности в расчетах установленной мощности источников учитывается коэффициентом запаса К_з, значение которого зависит от наличия пыли, дыма и копоти в рабочей зоне помещения, от конструкции светильников, типа источников света и периодичности чисток светильников. Значение коэффициентов запаса приведены в СНБ 2.0405-97.

Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений рекомендуют принимать коэффициент запаса для ламп накаливания 1,15, а для газоразрядных ламп - 1,3. При этом чистка светильников должна проводиться не реже 1 раза в 3 месяца.

Определяем категорию помещения по условиям окружающей среды и минимально допустимую степень защиты светильника. Из номенклатуры светильников выделяем те, которые удовлетворяют минимально допустимой степени защиты. Учитывая производственный характер помещения, применяем светильники, имеющие прямой (П) или преимущественно прямой (Н) класс светораспределения. Так как высота подвеса светильников 3,5 м, то целесообразно выбрать светильник, имеющий кривую силы света Д-1 или Г-1. Предварительно принимаем светильник ЛСП15 2Ч80 преимущественно прямого (Н) светораспределения с кривой силой света (Д) и степенью защиты 5?4.

Размещение светильников при равномерном освещении производим в линии.

Требования к минимально допустимой высоте установки светильников изложены в ПУЭ и зависят от категории помещения по степени опасности поражения электрическим током, конструкции светильника, напряжения питания ламп.

Произведем расчет осветительной установки помещения для содержания коров. Расчет производим методом коэффициента использования светового потока.

1. Проверяем применимость метода: так как расчет производится в помещение для содержания животных и рабочей зоной является кормовой и навозный проходы, где отсутствуют существенные её затенения, то для проведения расчета осветительной установки можно применить метод коэффициента использования светового потока.

2. Расчет расположения светильников на плане.

Светильники крепятся на тросе, на высоте 3,5 м, поскольку рабочей поверхностью является пол, то Н_Р = 3,5 м.

Для светильника имеющих косинусную КСС -- л_С = 1,2…1,6 /3/ ;

Расстояние между рядами светильников:

(1.1)

где л_С - светотехнически наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками.

Расстояние от стены до крайнего ряда светильников

(1.2)

Число рядов:

(1.3)

С учетом архитектурных особенностей помещения принимаем N₂ = 3 ряда. Расстояние от стены до крайнего ряда l_B = 2,8 м. Действительное расстояние между рядами:

3. Определяем в зависимости от материала и окраски поверхностей коэффициенты отражения и определяем индекс помещения:

-- потолка: с_п=30 %,

-- стен: с_с=10 %,

-- рабочей поверхности: с_р=10 %.

(1.4)

где А - длина помещения, м;

В - ширина помещения, м.

.

4. По таблице 2.15 /4/ для принятого светильника определяем коэффициент использования светового потока: з = 64%=0,64

5. Суммарное число светильников в помещении:

(1.5)

где S - площадь освещаемого помещения, м²;

z - коэффициент минимальной освещённости, в зависимости от отношения(L/h), таблица 10.5 /3/;

з - коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Принимаем N_?=33 шт.

6. Число светильников в ряду:

(1.6)

7. Окончательно принимаем лампу ЛБР-80 со световым потоком 4350 лм.

Результаты расчёта приведены на плане.

Расчет осветительной установки доильного зала производим точечным методом. Метод применяют при расчёте общего равномерного и локализованного освещения, местного освещения, освещения вертикальных и наклонных к горизонту плоскостей. Последовательность расчёта следующая. На плане помещения намечают контрольную точку - точку с минимальной освещённостью. Затем вычисляют значения условной освещённости в контрольной точке.

1. Расчет расположения светильников на плане

Светильники крепятся на конструкции загона, на высоте 3,5 м, поскольку рабочая поверхность расположена на уровне вымени коровы, то Н_Р = 2,1 м.

Для светильника имеющих косинусную КСС -- л_С = 1,2…1,6 /3/ ;

Расстояние между рядами светильников:

Расстояние от стены до крайнего ряда светильников

Число рядов:

принимаем N₂ = 2 ряда.

Расстояние от стены до крайнего ряда l_А =l_B = 0,75 м. Действительное расстояние между рядами:

2. По табл. 2.6 /4/ определяем Е_н=200 лк, коэффициент запаса К_з=1,3. Расчётная высота установки светильников Н_р=2,1 м

3. Размещаем ряды светильников на плане помещения в соответствии с исходными данными и намечаем контрольную точку А (рис.1.1).

Рисунок 1.1 План помещения доильного зала

4. Определяем длины полурядов и расстояние от контрольной точки до проекции рядов на рабочую поверхность (Рис.1.1).

L₁₁=L₂₁=Н_р=2,1 м.(1.7)

L₁₂ = L₂₂ = А - 2l_а - L₁₁ = 16-2·0,75-2,1 =12,4 м. (1.8)

Р₁=Р₂=1,25 м.

5. Определяем приведённые размеры:

(1.9)

По линейным изолюксам для светильников с ЛЛ и КСС типа Д-1 (рис.2.13 /4/) определяем условную освещённость в контрольной точке от всех полурядов: e₁₁=e₂₁=90 лк; e₁₂=e₂₂=110 лк.

Суммарная условная освещённость в контрольной точке

?е_а = е₁₁ + е₂₁ + е₁₂ + е₂₂ = 90+90+110+110 = 400 лк.(1.10)

6. Определяем расчётное значение линейной плотности светового потока

,(1.11)

где Е_н - нормированное значение освещённости рабочей поверхности, лк;

К_з - коэффициент запаса;

µ - коэффициент добавочной освещённости, учитывающий воздействие «удалённых» светильников и отражённых световых потоков на освещаемую поверхность ( принимаем равным 1,1…1,2);

лм/м

7. Выбираем тип источника света, в зависимости от характеристики зрительной работы принимаем лампу типа ЛБ и учитывая мощность светильника, окончательно - ЛБ-36. По табл. 1.7 /4/, поток лампы Ф_л=3050 лм.

8. Количество светильников в светящемся ряду длиной

L_р = А-2·l_а =16-1,5 =14,5 м(1.12)

,(1.13)

где n_с - число ламп в светильнике, шт.; L_р - длина светящегося ряда, м

Принимаем N₁=6.

9. Расстояние между светильниками в ряду, предварительно определив длину светильника l_с=1,3м,

м(1.14)

10. Проверяем расположение светильников в ряду с учётом требований равномерности:

0 ? l_р ? 1,5·L?_в(1.15)

0 ? 1,5 ? 3,75

Требование равномерности выполнено.

Расчетные данные осветительной установки других помещений объекта проектирования производим аналогичным образом, данные сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Расчет осветительной установки

Суммарная мощность осветительной установки по объекту: Р_осв.=15,6 кВт.

Для обеспечения технологического процесса на ферме установлено следующее оборудование: установка доильная «Ёлочка», оборудование для охлаждения молока и нагрева воды УОМ, шкафы для сушки лабораторного оборудования ШСС-80П, центрифуга лабораторная ЦЛМП-24, два сетевых насоса ЦВЦ 2,6/2, компьютер.

Данные оборудования сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Перечень оборудования установленного на объекте проектирования и его мощность.

1.4 Расчет электрических нагрузок объекта электроснабжения

Расчётная нагрузка объекта электроснабжения определяется в зависимости от суточного графика электрических нагрузок. Для определения расчетной нагрузки молочно-товарной фермы КРС на 400 голов построим суточный график электрических нагрузок и на основании его определим получасовой максимум нагрузки.

Таблица 1.3

График работы электрооборудования молочно-товарной фермы крупного рогатого скота на 400 голов

1

Из графика видно, что при работе электрооборудования объекта проектирования на протяжении суток выделяется два одинаковых пика электрических нагрузок. Максимальная нагрузка длится более получаса, следовательно, расчетная нагрузка объекта проектирования равна:

Расчетные нагрузки других объектов питающихся от этой трансформаторной подстанции берем из типовых проектов, данные сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Расчетные нагрузки

Зная нагрузку на каждое помещение и Cоsц определяем расчетную и полную мощности .

(1.16)

где Р_max. - максимальная из нагрузок, кВт;

Р_надб. - надбавки для потребителей с меньшими мощностями, кВт;

Р_р.ул. - расчетная мощность уличного освещения, кВт.

(1.17)

где n - количество помещений, на комплексе , шт

Определим среднее значение cos ц:

(1.18)

(1.19)

1.5 Выбор мощности, типа, числа и места размещения ТП

Определим допустимые потери напряжения и допустимые надбавки трансформатора.

Исходными данными для расчета электрических сетей являются допустимые нормы отклонения напряжения. Для сельскохозяйственных потребителей оно не должно выходить за пределы -5 % при 100-процентной нагрузке и +5% при 25-процентной.

Рассматриваем ближайшую от ТП точку при 25% нагрузке и наиболее удаленную при 100% нагрузке. Результаты расчета сводим в таблицу 1.5:

Таблица 1.5

Определение допустимых потерь напряжения и допустимых надбавок трансформатора

Определим необходимое количество трансформаторных подстанций для объекта проектирования.

(1.20)

где F - площадь объекта проектирования, км²;

ДU% - допустимая потеря напряжения, % (таблица 1.5).

Площадь объекта определяется по формуле:

(1.21)

где А, В -ширина и длина площади занимаемой объектом, км.

Необходимое количество трансформаторных подстанций:

Принимаем одну трансформаторную подстанцию. Так как проектируемый объект по степени обеспечения надежности электроснабжения является объектом второй категории, поэтому проектируем трансформаторную подстанцию с одним трансформатором.

Мощность трансформаторной подстанции должна соответствовать полной расчетной мощности, принимаем мощность трансформатора равной 160 кВА.

Выбор и месторасположение трансформаторных подстанций осуществляем исходя из следующих критериев:

1 - установка ТП должна производится как можно ближе к центру электрической нагрузки;

2 - длины воздушных линий не были длиннее 0,5 км;

3 - хорошая разводка для кабельных линий;

4 - достаточно удобный подвод линии 10 кВ.

Электроснабжение потребителей объекта проектируем от ТП типа КТП-77 с трансформатором типа ТМ 160 - 10/0,4 - 90 - У1.

Определяем центр нагрузок:

(1.22)

(1.23)

где, Р_p.i - расчетная мощность i-го потребителя, кВт;

X_i , Y_i - координаты i-го потребителя, мм.

Место расположения КТП принимаем согласно произведенному расчету, в центре электрических нагрузок, с координатами: X = 74 мм; Y = 22 мм.

1.6 Расчет электрических сетей

Произведем расчет сети 0,38 кВ, методом экономических интервалов нагрузок.

Расчетная схема сети представлена на рисунке 1.3:

Рисунок 1.3 Расчетная схема сети 0,38 кВ.

Зная нагрузку на каждое объекте и cоsц определяем расчетную максимальную нагрузку на каждом участке:

(1.24)

где Р_р - мощность на участке, кВт.

Мощности на участках суммируем, пользуясь таблицами надбавок /3/.

Определяем эквивалентную нагрузку на каждом участке:

(1.25)

где к_д - коэффициент, учитывающий динамику роста нагрузок, для вновь строящихся линий, к_д =0,7;

По экономической мощности выбираем марку и сечение проводов /5/. Согласно произведённому расчету к установке принимаем алюминиевые провода типа А-50.

Проверяем выбранные провода по потере напряжения.

Рассчитываем потери напряжения на каждом участке, В:

(1.26)

где U_н - номинальное напряжение, кВ;

S_уч - полная мощность участка, кВА;

L_уч - длина участка линии, км;

r₀ - удельное активное сопротивление участка линии, Ом/км;

x₀ - удельное реактивное сопротивление участка линии, Ом/км.

Рассчитываем потери напряжения на каждом участке, %:

(1.27)

Аналогичным образом производим расчет на других участках. Суммируем падение напряжения по всей длине линии, если оно выше допустимого, то увеличиваем сечение провода и повторяем расчет. Результаты расчета сводим в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Расчет сечения проводов по экономическим интервалам нагрузок

Для линии №1 - ДU_0-3 =4,6%;

Для линии №2 - ДU_0-7 =4,2%.

1.7 Расчет токов короткого замыкания

Составляем полную расчетную схему сети. Она приводится на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 Расчетная схема

На основании расчетной схемы составляем схему замещения для более протяженной линии, рисунок 1.5

Рисунок 1.5 Схема замещения

Мощность системы принимаем равной бесконечности и, соответственно, её сопротивление равно нулю.

Задаёмся базисными величинами:

S_б=100МВА;

U_б=10,5 кВ, для трансформатора;

U_б=0,4 кВ, для ВЛ 0,4 кВ.

Определим сопротивление трансформатора в относительных единицах. Так как активное сопротивление, r, трансформатора мало по сравнению с индуктивным, х, в достаточной степени приближения, то полное сопротивление трансформатора, можно определить по формуле:

(1.28)

Находим сопротивление линии в относительных единицах:

Индуктивное сопротивление:

(1.29)

Активное сопротивление:

(1.30)

Полное сопротивление линии:

(1.31)

Определяем базисные токи:

В точке К1:

(1.32)

Определяем трёхфазные токи в точке короткого замыкания:

(1.33)

Определяем токи короткого двухфазного замыкания в контрольных точках:

(1.34)

Определяем ударные токи в точках короткого замыкания:

(1.35)

где к_у - ударный коэффициент (в сети 0,38 кВ, к_у=1).

Определяем мощность короткого замыкания:

(1.36)

Для проверки срабатывания предохранителей и автоматических выключателей рассчитываем однофазные токи короткого замыкания в конце линии 0,38 кВ. Ток короткого однофазного замыкания определяется в именованных единицах:

(1.37)

где Z_п - полное сопротивление петли «фаза-нуль», Ом,

Z_тр⁽¹⁾ - сопротивление трансформатора однофазному короткому замыканию, Ом.

Определим сопротивление петли «фаза-нуль»

(1.38)

где r_оф, r_он - удельные сопротивления фазного и нулевого проводов, Ом/км;

x_овн - внешнее удельное индуктивное сопротивление воздушной линии, Ом/км.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.7

Результаты расчета токов короткого замыкания