Проектирование схемы управления станком-качалкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Тема курсовой работы - проектирование схемы управления станком-качалкой.

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Просчеты в этой области имеют серьезные последствия. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии. Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и газа, которые удовлетворяют примерно девяносто процентов энергетических потребностей человечества. Нефтегазодобывающая отрасль в экономике России занимает одну из ведущих позиции, являясь бюджетообразующей. Поэтому малейший простой нефтепромыслового оборудования влечет за собой большие экономические потери.

Эффективность станка-качалки зависит от многих факторов. Главный из них это правильный выбор электрического оборудования, которое должно находиться в полной совместимости.

Цель курсовой работы: спроектировать схему управления станком-качалкой.

Задачи:

1. Разработать электрическую схему управления станком-качалкой;

2. Выбрать необходимое оборудование в соответствии с требованиями;

3. Рассчитать токи короткого замыкания;

4. Выбрать и рассчитать заземляющие устройства в соответствии с требованиями;

5. Составить смету затрат;

6. Сделать вывод.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Разработка схемы управления станком-качалкой

Рис 1 - схема управления СК

Станок-качалка управляется несколькими способами: с помощью ручного управления, автоматического и дистанционного. Рассмотрим способ ручного управления.

Ручное управление. При включении автомата QF1 и QF3 ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF1-QF3-конт. ручного управл. (ручн)-SA2- КМ-КК-фаза А;

Контактор КМ замкнет свои контакты и двигатель СК включится. При отключении автомата QF1 контактор перестанет получать питание, в результате чего разомкнутся его контакты.

Автоматическое управление. При включении автомата ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-реле времени РВП-фаза А;

РВП получит питание и через выдержку времени замкнет свой контакт и ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF1-QF3-конт.авт.управл.(Авт)-контакт РВП-КМ-КК-фаза А;

Контактор КМ замкнет свой контакт в цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-КМ-КК-фаза А;

И разомкнет контакт в цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-РВП-фаза А;

Двигатель получает питание. Так же предусмотрены контакты ДУ, для подключения устройств осуществляющих дистанционное управление станком-качалкой.

1.2 Монтажная схема щита управления

Станок-качалка устанавливается на специально подготовленном фундаменте (обычно бетонном), на котором устанавливаются: платформа, стойка и щит управления.

На платформу устанавливается редуктор и электродвигатель. Иногда электродвигатель расположен под платформой. Последний вариант имеет повышенную опасность, поэтому встречается редко.

Щит управления представляет собой коробочный блок, в котором расположено электрическое оборудование.

Для проведения монтажных работ необходима монтажная схема, которая обеспечит наглядность и доступность схемы.

Рис 2 - монтажная схема СК

Обозначения

A, B, C - фазы;

N - нулевая жила кабеля;

QF - автоматический выключатель;

HL - лампы сигнализации;

KK - тепловое реле;

KT - реле времени;

KM - контактор малогабаритный;

SA - переключатель;

ДУ - контакты для подключения устройств дистанционного управления;

XS - штепсельный разъем (разборное соединение).

1.3 Выбор исполнительного механизма

Так как объекты нефтепромысла являются пожаро- и взрывоопасными, в качестве исполнительного механизма выбран двигатель АИР 180 МА8 СН.

Двигатель полностью отвечает требованиям безопасности.

Таблица 1 - Технические характеристики электродвигателя

Марка	Мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	Коэффициент мощности cosц	КПД	Масса, кг
АИР 180 МА8 СН	15	750	0,8	70%	180

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели служат для защиты цепей от токов короткого замыкания и перегрузок. Их выбор осуществляется по номинальному току и напряжению.

I_ном.ав ? I_р,

где I_ном.ав-ток номинальный автомата, А;

I_р-расчетный ток двигателя, находится по формуле:

[А],

где Р_н - номинальная мощность двигателя, кВт;

U_ном - номинальное напряжение двигателя, кВ.

Cosц_ном - номинальный коэффициент мощности двигателя, о.е.

= ;

Выбираем трехполюсной автоматический выключатель ВА47-29 фирмы ИЭК.

Таблица 2 - Технические характеристики ВА47-29

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Iном, А
ВА 47-29 3Р	QF1	400	32
ВА 47-29 3Р	QF2	400	32

Проверим выбранный автомат по току:

I_ном.ав ? I_р; I_ном.ав = 32 А, I_р = 27 А

32 А ? 27 А - условие выполняется.

Проверим выбранные автоматы по напряжению:

U_ном.ав ? U_уст; U_ном.ав = 0,4 кВ, U_уст, = 0,4 кВ

0,4 кВ ? 0,4 кВ - условие выполняется.

Для защиты цепей управления выберем однополюсной автоматический выключатель исходя из следующих условий: в цепях управления установлен один малогабаритный контактор КМИ-23210.

Мощность катушки управления составляет 60 ВА. Таким образом,

I_р = (1*0,06)/0,4=0,15 А

Выбираем однополюсной автоматический выключатель ВА47-29 фирмы ИЭК. схема управление станок качалка

Таблица 3 - Технические характеристики ВА47-29

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Iном, А
ВА 47-29 1Р	QF3	400	1

Проверим выбранный автомат по току:

I_ном.ав ? I_р; I_ном.ав = 1 А, I_р = 0,15 А

1 А? 0,15 А - условие выполняется.

Проверим выбранные автоматы по напряжению:

U_ном.ав ? U_уст; U_ном.ав = 0,4 кВ, U_уст, = 0,4 кВ

0,4 кВ ? 0,4 кВ - условие выполняется.

2.2 Выбор малогабаритных контакторов для силовой цепи и цепи управления

Контакторы служат для дистанционного управления двигателями. Их выбор осуществляется по номинальному току и напряжению.

Выберем контактор КМИ-23210 для цепи управления.

I_ном.мп ? I_р, 32 А ? 27 А-условие выполняется;

U_ном.мп ? U_уст, 400 В ? 400 В - условие выполняется.

Таблица 4 - Технические характеристики контактора

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Iном, А	Uупр, В	Наличие блок-контакта
КМИ-23210	КМ	400	32	400	1Р

Поскольку определяющим для цепей управления является наличие определенного числа нормально замкнутых и разомкнутых контактов, то выбираем контакторы КМИ первой величины с цепями управления U_упр=400 В. Для обеспечения коммутационной способности достаточно применить контакторы с номинальным током главных цепей 32 А.

2.3 Выбор светосигнальной арматуры

В качестве сигнальных ламп выбираем светодиодные индикаторы красного и зеленого цвета AD'22DS.

U_ном.HL ? U_уст; 230 В ? 230 В-условие выполняется.

Таблица 5 - Технические характеристики индикаторов

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Цвет	Диаметр, мм
AD'22DS	HL1	230	зеленый	22
AD'22DS	HL2	230	красный	22
AD'22DS	HL3	230	красный	22

2.4 Выбор переключателей

Выбираем универсальный переключатель режимов работы типа ALCLR'22 на три фиксированных положения «I-II-III», и переключатель того же типа на два положения «I-О».

U_ном.SA ? U_уст; 400 В ? 400 В - условие выполняется.

Таблица 6 - Технические характеристики переключателя

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Iном, А	Цвет	Диаметр, мм
ALCLR'22	SA1	400	7,5	черный	22
ALCLR'22	SA2	400	7,5	черный	22

2.5 Выбор штепсельных разъемов

Выбираем штепсельный разъем марки РШК 4х60, для обеспечения надежной коммутации цепей управления и автоматики 0,4 кВ.

Таблица 7 - Технические характеристики

Марка	Обозначение по схеме	Uном,В	Iном, А	Количество контактов
РШК 4х60	XS	400	60	4

2.6 Выбор проводов и кабелей

а) Определяем длину монтажного провода по монтажной схеме и выбираем провод по допустимому току.

Выберем провод ПВ 1Ч2,5 I_к.доп = 33 А (на воздухе). Так как нагрузка силовой части составляет 27 А, то провод выбран верно.

Таблица 8 - Технические характеристики провода ПВ 1х2,5

Марка	Iк.доп, А	Iр, А	Uном,В	Особенности
ПВ 1х2,5	33	27	400	Однопроволочный, для монтажа силовых цепей и цепей управления

Расчитаем активное и реактивное сопротивление провода:

r = r_{0 *} l - активное сопротивление;

х= х_{0 *} l - реактивное сопротивление;

P,Q - активное и реактивное сопротивление;

l - длина;

r₀ = 12,3 мОм/м;

х₀ = 0,126 мОм/м;

l = 10 м;

r = r_0*l = 12,3_*10 = 123 мОм;

х = х_0*l = 0,126_*10 = 1,26 мОм;

б) Питающий кабель для щита управления и двигателя СК ВВГ 4Ч4. Длина провода 10 и 5 м. I_к.доп=34 А (на воздухе). Проверим выбранный провод по допустимому току.

Так как нагрузка силовой части составляет 27 А, то кабель выбран верно.

Таблица 9 - Технические характеристики провода ВВГ 4х4

Марка	Iк.доп, А	Iр, А	Uном,В	Особенности
ВВГ 4х4	34	27	400	Многопроволочная медная жила для подачи питания

Проверим ВВГ 4х4 по потере напряжения

,

где r = r_{0 *} l - активное сопротивление кабеля;

х= х_{0 *} l - реактивное сопротивление кабеля;

P,Q - активное и реактивное сопротивление кабеля;

l - длина;

(отрезок кабеля ТП - щит 10м)

r₀ = 4,63 мОм/м;

х₀ = 0,107 мОм/м;

l = 15 м;

r = r_0*l = 4,63*10 = 46,3 мОм;

х = х_0*l = 0,107_*10 = 1,07 мОм;

P_ном= 15 кВт;

= 0,8;

Qн = Рн_*tg_* = = 15 * = 11,25 кВАр

= = = 1,76 В

;

19 ? 1,76 В - условие выполняется.

(отрезок кабеля щит-двигатель 5м)

r₀ = 4,63 мОм/м;

х₀ = 0,107 мОм/м;

l = 15 м;

r = r_0*l = 4,63*5 = 23,15 мОм;

х = х_0*l = 0,107_*5 = 0,53 мОм;

P_ном= 15 кВт;

= 0,8;

Qн = Рн_*tg_* = = 15 * = 11,25 кВАр

= = = 0,88 В

;

19 ? 0,88 В - условие выполняется.

Таблица 10 - Потери напряжения в силовых кабелях ВВГ 4х4

Трасса	Марка кабеля	Iк.доп, А	Iр, А	Р, кВт	Q, кВАр	Длина, м	x0, мОм/м	r0, мОм/м	x, мОм	r, мОм	ДU, В
ТП-щит	ВВГ 4Ч4	34	27	15	11,25	10	0,107	4,63	1,07	46,3	1,76
Щит-двигатель	ВВГ 4Ч4	34	27	15	11,25	5	0,107	4,63	0,53	23,15	0,88

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

Произведем расчет тока трехфазного короткого замыкания.

1. Зарисуем расчетную схему (рис 3).

Рис 3 - расчетная схема

2. По расчетной схеме начертим схему замещения (рис 4).



Рис 4 - Схема замещения

3.Определим сопротивление до точки КЗ

Сопротивления шины ТП:

r₀ = 0,31 мОм/м;

х₀ = 0,18 мОм/м;

Тогда r = r_{0 *} l = 0,31 _* 1 = 0,31 мОм (l-длина, l=1м);

х= х_0*l = 0,18 _* 1 = 0,18 мОм.

Определим суммарное сопротивление до точки КЗ

х_к1= х_тр + х_штп = 64,7+0,18+4,5+1,07+0,53=70,98 мОм;

r_к1= r_тр + r_руб + r_штп + 31,5+0,4+0,31+5,5+5,5+44,3 + +23,15 =110,66 мОм;

Определим полное сопротивление до точки КЗ

Z_кз= = =131,46 мОм;

Определим ток трехфазного короткого замыкания

Таблица 11 - Расчёт токов короткого замыкания

Точка	Результирующее сопротивление xk, мОм	Результирующее сопротивление rk, мОм	Результирующее сопротивление zk, мОм	Ток трехфазного КЗ, кА
Точка КЗ	70,98	110,66	131,46	1,75

2.8 Расчет заземления

1. Определим сопротивление грунта. Грунт в районе ТП - глина, следовательно, Ом*м (по таблице 1.13.3);

2. Определим коэффициент сезонности (по таблице 1.13.2)

Примем , для вертикального вида заземлителя и второй климатической зоны.

3. Определим сопротивление вертикального заземлителя:

Ом;

4. Определим количество вертикальных заземлителей:

,

где нормируемое сопротивление заземляющих устройств;

5. Определим количество вертикальных электродов с учетом их экранирования:

где - коэффициент использования электродов (таблица 1.13.5);

6. Определим сопротивление вертикальных заземлителей при принятом количестве:

;

7. Определим длину соединительной полосы:

,

где а - расстояние между электродами;

8. Определим сопротивление соединительной полосы:

,

где b - ширина соединительной полосы (0,04м);

t - глубина заложения (0,8м).

9. Общее сопротивление заземляющего устройства:

.

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для сборки щита управления станком-качалкой выбрано необходимое оборудование и составлена смета затрат

Таблица 12 - смета затрат на оборудование

№ п/п	Наименование	Цена, руб	Кол-во, шт	Стоимость, руб
1	Эл.двигатель АИР 180 МА8 СН	22000	1	22000
2	Контактор малогабаритный КМИ-23210 ИЭК	370	1	370
3	Автоматический выключатель ВА 47-29 3Р С32 ИЭК	350	1	350
4	Автоматический выключатель ВА 47-29 1Р С1 ИЭК	87	1	87
6	Реле тепловое РТИ-2355 ИЭК	400	1	400
7	Переключатель ALCLR22 ИЭК	137	1	137
8	Лампа сигнализации AD22DS ИЭК	43	3	129
9	Щит с монтажной панелью ЩМП-3 ИЭК (550х500х220) YKM40-03-31	4000	1	4000
10	Кабель ВВГ 4х4	47	20	940
11	Розетка щитовая ШЩ 4х60-Р	1067	1	1067
12	Провод ПВ1 1х4	15	10	150
13	Универсальный переключатель УП	600	1	600
14	Контактор малогабаритный КМИ-23210 ИЭК	370	1	370
15	Приставка выдержки времени ПВИ-12 ИЭК	62	1	62
16	Приставка ПКИ-22 ИЭК	62	1	62

1	Стоимость оборудования:	30724
2	Монтаж (50% от стоимости материалов), руб.	15362
3	Расходы на транспортировку (1% от стоимости материалов), руб.	307,24
4	Капитальные затраты, руб.	46393,24

Заключение

Цель работы достигнута - схема управления станком качалкой спроектирована.

При выполнении данной работы были произведены расчет электрической схемы, выбрано оборудование, аппараты управления и защиты, провода и кабели. Разработана электрическая и монтажная схема в среде программы Автодеск Автокад.

Был изучен и описан принцип работы элементов схемы, а так изучен принцип действия двуплечих СК нефтепромысла.

Был составлен перечень используемых элементов и рассчитана стоимость изделий и аппаратов.

Список использованных источников

1 Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для вузов. -2-е изд., доп. - М.: Высшая школа., 2000.

2 Каталог продукции ИЭК 2009 СК-ПРОМСЕРВИС.

3 Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методика курсового проектирования.-М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010.-214с., ил.-Профессиональное образование;

4 Правила устройства электроустановок 7-е издание.

5 http://ru.wikipedia.org/

Размещено на Allbest.ru