Выбор и проверка комплектования электрооборудования

Исходные данные.

1. Постановка задачи.

2. Выбор электрооборудования по техническим характеристикам.

Выбор по климатическому исполнению и по категории размещения.

Выбор по степени защиты.

Выбор по напряжению.

3. Выбор электродвигателя по экономическим критериям.

Выбор мощности электродвигателя.

Выбор частоты вращения электродвигателя.

Проверка устойчивости пуска.

Выбор исполнения электродвигателя.

Выбор устройств защиты.

Выбор передаточного устройства.

4. Оценка эффективности принятых решений

Заключение.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Введение

Правильный выбор электрооборудования — необходимое условие его успешной эксплуатации. При проектировании комплексной электрификации сельского хозяйства электрооборудование выбирают, исходя из требований его качественного функционирования и наименьших затрат на электрифицированный объект. Однако по некоторым причинам это не всегда обеспечивает высокую эффективность эксплуатации выбранного электрооборудования.

На стадии проектирования не удается точно предвидеть условия окружающей среды, в которых будет находиться электрооборудование, и приходится ориентироваться на средние данные. Они могут существенно отличаться от фактических условий. Такое же несовпадение может наблюдаться между расчетными и фактическими режимами работ, значениями потребляемой мощности, отклонениями напряжения и другими параметрами. Неопределенность исходной информации нарушает правильность выбора.

Кроме того, при проектировании не учитывают неизбежное ухудшение эксплуатационных свойств электрооборудования и технологических объектов, на которых оно используется. Это особенно заметно, после капитального ремонта техники. Поэтому при эксплуатации часто возникают задачи проверки выбора электрооборудования с учетом конкретных и более точных данных об условиях эксплуатации. Такая проверка обязательна для ответственных объектов, у которых погрешности выбора вызывают большой технологический ущерб.

Методика выбора оборудования в общем случае заключается в определении фактических данных о качестве электроснабжения, режиме работы и других условиях эксплуатации и сопоставления этих данных с параметрами электрооборудования.

Решение о выборе принимают по принципу ограничения или по принципу оптимизации.

Принцип ограничения состоит в том, что электрооборудование считается пригодным, если значения его параметров больше или равны (для некоторых параметров — меньше или равны) значениям соответствующих факторов, наблюдаемых при эксплуатации. Например, асинхронный электродвигатель выбирают по мощности на основании условия РН>РФ, где Рн, Рф — номинальная мощность выбранного электродвигателя и его фактическая нагрузка.

Принцип оптимизации основан на изучении вариантов возможных решений и выборе такого электрооборудования, которое обеспечивает наилучший результат электрификации объекта или процесса. При этом критерием оптимальности могут быть технические и экономические характеристики.

1. Постановка задачи Техническая эксплуатация призвана обеспечить готовность оборудования к применению и его эффективное функционирование. Для достижения этой цели эксплуатационный персонал предприятия или службы сервиса может использовать практический или научный подходы.

Между практическим и научным подходами нет противоречия — они дополняют друг друга. Первый служит качественным, а второй количественным решением эксплуатационных задач. Мировая история подтвердила, что прогресс техники осуществляется за счет накопления научных знаний и совершенствования методов расчета. Использование на практике научных методов повышает эффективность эксплуатации оборудования.

Выделим типовые эксплуатационные задачи, для решения которых можно применить известные теоретические положения, и укажем Преимущества научного подхода:

Прогнозирование числа отказов. Предприятие имеет известный парк оборудования. Заданы условия его эксплуатации. Требуется определить, сколько раз и как часто в течение года будет выходить оборудование из строя. Ответ дают методы теории надежности. При этом удается учесть особенности оборудования и условия эксплуатации, что повышает точность расчета в 1,5 — 3,0 раза.

Расчет периодичности технического обслуживания. Служба сервиса должна составить график обслуживания оборудования и занятости исполнителей. Теория надежности позволяет решить задачу по заданному критерию.

Определение продолжительности ремонта. В договоре подряда служба сервиса должна принять решение о сроке завершения ремонта оборудования. Требуется оценить продолжительность ремонта с учетом заявок других заказчиков и своих возможностей. Ответ дает теория массового обслуживания. При этом гарантируется наибольшая эффективность службы сервиса.

4 Формирование группы оперативного обслуживания электрооборудования. Для предприятия с заданным парком электрооборудования треоуется определить количество дежурных электромонтеров, гарантирующих устранение отказов за установленное время. Теория массового обслуживания позволяет определить количество исполнителей и дать ценную дополнительную информацию.

Выбор нагрузки электродвигателя (трансформатора). Известно конкретное оборудование и особенности объекта, на котором оно используется.

Требуется определить загрузку по заданному критерию. Теория использования определяет оптимальные интервалы нагрузки, снижая удельные затраты на 20−50% по сравнению с номинальной загрузкой.

Определение резервного фонда оборудования. Предприятие реорганизует

службу эксплуатации. Требуется определить, сколько оборудования следует иметь в резерве. Теории надежности и массового обслуживания дают решение с учетом интересов производства и возможностей ремонтных предприятий. При этом сокращается простой производств и затраты на ремонтный фонд.

Прогнозирование состояния оборудования. Дорогостоящее оборудование используется сезонно на ответственном объекте. Требуется дать гарантию безотказной работы. Способы технического диагностирования позволяют изучить определенные параметры оборудования и оценить его состояние. Число примеров можно увеличивать, но приведенные примеры свидетельствуют о широких возможностях применения научных методов решения эксплуатационных задач.

2. Выбор электрооборудования по техническим характеристикам Основные технические характеристики, учитываемые при выборе электрооборудования: климатическое исполнение и категория размещения; степень защищенности от попадания посторонних предметов и влаги; номинальные параметры (напряжение, ток, мощность, частота вращения и т. д.); дополнительные характеристики (пусковые свойства, перегрузочная способность, защитные характеристики и т. д.).

2.1 Выбор по климатическому исполнению и категории размещения Электротехнические изделия, выпускаемые промышленностью, предназначены для использования в определенном климатическом районе и в определенном месте размещения, в зависимости от их исполнения.

Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, в реках и озерах, имеют следующие климатические исполнения для макроклиматических районов: У — с умеренным климатом; ХЛ — с холодным климатом; ТВ — с влажным тропическим климатом; ТС — с сухим тропическим климатом; Т — с влажным и с сухим тропическим климатом; О — общеклиматическое исполнение.

Для обеспечения надежной работы в особых производственных условиях выпускают электрооборудование сельскохозяйственного © и химостойкого (X) исполнения.

Категории размещения электрооборудования обозначают следующими цифрами: 1 — для работы на открытом воздухе; 2 — для работы в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе, например, в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в кожухе комплектного устройства категории 1 или под навесом (отсутствие прямою воздействия солнечной радиации и атмосферных осадков на изделие); 3 — для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе; 4 — для работы в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями; 5 — для работы в помещениях с повышенной влажностью.

Электротехнические изделия сельскохозяйственного назначения согласно ГОСТ 19 348–74 должны быть изготовлены в климатическом исполнении У. К макроклиматическим районам с умеренным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температуры воздуха равна плюс 40 °C или ниже, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов темпедатуры воздуха равна минус 45 °C или выше.

Данные ЭП, по климатическим условиям, относится к следующим климатическим исполнениям: «У» — с умеренным климатом, категорией размещения 5 — для работы в помещениях с повышенной влажностью.

2.2 Выбор по степени защиты

Степень защиты от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, находящимися внутри корпуса электротехнических изделий, от попадания посторонних предметов и проникновения в корпус влаги в соответствии с ГОСТ 14 254–69 условно характеризуется буквами IР и двумя цифрами (например, IР23, IР54 и т.н.). Эти обозначения проставляют на корпусах изделий или на табличках с паспортными данными.

Первая цифра после IР обозначает степень защиты от соприкосновения персонала с движущимися частями оборудования и от попадания внутрь его твердых посторонних тел. Это обозначение расшифровывается следующим образом:

О — отсутствует защита от возможности соприкосновения персонала с токоведущими частями и движущимися частями внутри оболочки и от попадания под корпус посторонних тел;

1— защита от случайного прикосновения большого участка поверхности тела с токоведущими или движущимися частями внутри оболочки. Отсутствует защита от преднамеренного доступа к этим частям. Защита оборудования от попадания крупных твердых посторонних тел диаметром не менее 52,5 мм;

2— защита от возможности соприкосновения пальцев человека с токоведущими и движущимися частями внутри корпуса. Защита оборудования от попадания твердых посторонних тел среднего размера диаметром не менее 12,5 мм;

защита от соприкосновения инструментов, проволоки и других подобных предметов, толщина которых превышает 2,5 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри оболочки. Защита оборудования от падения мелких твердых посторонних тел диаметром не менее 2,5 мм;

защита от соприкосновения инструментов, проволоки и других посторонних предметов, толщина которых превышает 1 мм;

полная защита персонала от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, находящимися внутри корпуса. Защита оборудования от вредных отложений, пыли

6 — полная защита персонала от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, находящимися внутри корпуса, и полная защита оборудования от попадания пыли.

Вторая цифра обозначает степень защиты оборудования от проникновения внутрь корпуса воды и расшифровывается следующим образом;

О — защита оборудования от проникновения воды внутрь корпуса отсутствует;

1—защита от капель сконденсировавшейся воды. Капли сконденсировавшейся воды, вертикально падающие на корпус, не должны оказывать вредного воздействия на оборудование;

2— защита от капель воды. Капли воды, падающие на корпус, наклоненный под углом не более 15° к вертикали, не должны оказывать вредного действия на оборудование;

3— защита от дождя. Дождь, падающий на корпус, наклоненный под углом не более 60° к вертикали, не должен оказывать вредного воздействия на оборудование;

защита от брызг. Брызги воды любого направления, по падающие на корпус, не должны оказывать вредного воздействия на оборудование;

защита от водных струй. Вода, выбрасываемая через наконечник на оборудование в любом направлении при условиях, указанных в стандартах на отдельные виды электрооборудования, не должна оказывать вредного воздействия на оборудование;

6— защита от воздействий, характерных для палубы корабля (включая палубное водонепроницаемое оборудование). При захлестывании морской волной вода не должна попадать в корпус при условиях, указанных в стандартах на отдельные виды электрооборудования;

защита при погружении в воду. Вода не должна проникать в корпус при давлении и в течение времени, указанного в стандартах на отдельные виды электрооборудования;

защита при неограниченно длительном погружении в воду при давлении, указанном в стандарте на отдельные виды электрооборудования. Вода не должна проникать внутрь корпуса.

Электротехнические изделия сельскохозяйственного назначения согласно ГОСТ 19 348–74 должны иметь степень защиты IР23, IР3О, IР31, IР41, IР44, IР51, IР54 и IР55.

Кожухи вентиляторов охлаждения электродвигателей должны иметь степень защиты не ниже IР20. Рекомендации для выбора электрооборудования по условиям окружающей среды регламентированы в руководящих технических материалах РТМ 105/23/46/70/16−0-153−81.

Анализируя вышеперечисленные сведения, выбираем степень защиты IР44.

электродвигатель вращение передаточный напряжение

2.3 Выбор по напряжению В сельском хозяйстве в основном применяют

трехфазный переменный ток напряжением 380/220 В. Все электроприемники выбирают из условия равенства напряжения (номинального и сети). В отдельных случаях для облегчения пуска двигателя схему обмоток переключают со звезды на треугольник и для этих целей выбирают двигатель с номинальным напряжением 660/380 В.

Исходя из этого выбираем 380/220 В.

2.4 Выбор по мощности или току

Электродвигатели выбирают из условия равенства его номинальной мощности рнд и мощности, потребляемой рабочей машиной или рабочим органом машины, Рм. Решающее значение при этом имеет характер нагрузочной диаграммы электропривода.

При длительной неизменной нагрузке выбор двигателя осуществляют по фактической потребляемой мощности; при мало изменяющейся во времени нагрузке, имеющей коэффициент вариации менее 20%, двигатель выбирают по средней мощности; при переменной нагрузке — но расчетной эквивалентной мощности, т. е. такой постоянной мощности, которая эквивалентна фактической переменной по нагреву двигателя.

Зная расчетную мощность машины (Ррм) (фактическую, среднюю или среднеквадратичную), по каталогу выбирают электродвигатель стандартной мощности (Рнд), имеющий мощность, ближайшую большую по сравнению с расчетной. В общем случае условие выбора имеет вид Рнд > Ррм. Выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность, на возможность пуска, по частоте пусковых операций.

Электрические аппараты (рубильники, автоматические выключатели и магнитные пускатели) выбирают по току главных контактов из условия

Iнiноминальный ток i-го аппарата;

IРаб — рабочий ток коммутируемой цепи.

Кроме этого, аппараты выбирают по току устройств защиты из условия Iн зi > kiIраб, где ki — отношение номинального тока плавкой вставки или уставки защиты к рабочему току защищаемой цепи.

Электронагревательные установки выбирают по мощности из условия Рн эну > Рр эну, где Рн энуноминальная мощность ЭНУ; Рр эну — расчетная мощность ЭНУ. Расчетную мощность определяют из уравнения теплового баланса помещения или технологического процесса.

3. Выбор ЭО по экономическим критериям Электротехническая промышленность выпускает большое число исполнений и типоразмеров взаимозаменяемых видов электрооборудования. Выбирая его по техническим характеристикам, можно найти несколько вариантов изделий, удовлетворяющих одним и тем же исходным данным. Задача выбора по техническим характеристикам имеет несколько решений.

Чтобы среди равноценных по техническим возможностям решений найти оптимальный вариант, применяют выбор электрооборудования по экономическим критериям.

Положительные или отрицательные последствия выбора могут сказываться не только на работоспособности или экономических показателях выбираемого электрооборудования, но и на других, связанных с ним элементах системы электроснабжения и технологического объекта. Поэтому при выборе по экономическому критерию необходимо рассматривать совокупность элементов, названную ранее системой И-Э-Т-С.

Исходные данные, характеризующие элементы системы, разделяют на четыре группы: 1 — условия электроснабжения (мощность потребительской подстанции, Длина и марка проводов низковольтной линии и т. п.); 2 — условия использования (назначение привода, эквивалентная мощность и частота вращения рабочего органа машины, занятость в течение суток и года, допустимая продолжительность простоя из-за отказа, размер технологического ущерба и т. п.); 3 — дестабилизирующие воздействия (климатическое условие, характер окружающей среды, интенсивность и структура аварийных режимов и т. п.); 4 -показатели технической эксплуатации (затраты на обслуживание, интенсивность отказов, фактическая продолжительность устранения отказов и т. п.).

3.1 Выбор мощности электродвигателя При помощи критерия приведённых затрат можно более точно решать

задачи выбора мощности электрооборудования. Известно, что при выборе по

техническим характеристикам принимают ЭО, номинальная мощность

которого больше или равна расчётной мощности, т. е. приблизительно.

Для ЭО массового применения, например ЭД, погрешности выбора приводят к большому суммарному ущербу (применение двигателя заниженной мощности снижает его надёжность и ограничивает производительность рабочей машины, а использование двигателя завышенной мощности ухудшает энергетические показатели и удорожает электропривод). При выборе мощности двигателя определяют коэффициент нагрузки двигателя в учитывая занятость и технологический ущерб v. Вычисляют расчётную мощность по формуле:

Рр=р/в

Из таблицы данных выбирают такой двигатель, интервал оптимальных нагрузок которого включает расчётную мощность Рр. Для данного электродвигателя:

Мощность 6,0 кВт Занятость в течение суток tс=4ч Занятость в течение года m=5 мес Технологический ущерб 4,0

Выбираем коэффициент нагрузки двигателя в=0,8.

Выбираем электродвигатель мощностью РН=3,0 кВт.

3.2 Выбор частоты вращения электродвигателя Принимаем электродвигатель общего назначения, с синхронной частотой вращения 1500 об/мин.

3.3 Проверка устойчивости пуска Схема питания:

Эквивалентная схема:

В соответствии с ГОСТ пуск двигателя считается устойчивым, если падение напряжения в момент пуска меньше 20%. Определим потери напряжения при пуске:

где Zтрпитающего трансформатора; Zвл — полное сопротивление воздушной линии; Zдв — полное сопротивление двигателя.

Определим сопротивление трансформатора:

где Uнтр — номинальное напряжение трансформатора; Uк% - напряжение короткого замыкания, выраженное в процентах; Iнтр — номинальный ток трансформатора.

Определим сопротивление линии:

где R0 — полное сопротивление единицы длины линии; L — длина линии.

Определим сопротивление двигателя:

где Uндв и Iндв — номинальные напряжение и ток двигателя.

Определим номинальный ток двигателя:

Так как падение напряжения во время пуска меньше 20% то данный двигатель запускается устойчиво.

3.4 Выбор исполнения электродвигателя Целесообразность применения более совершенного оборудования зависит не только от параметров окружающей среды, как показано в разделе 2 но и от неисправности отказов электрооборудования базового исполнения. Доли отказов, устраняемых за счет более усовершенствованных изделий и от электроустановки по размеру технологического ущерба.

Для выбора исполнения электродвигателя по экономическим критериям, необходимо определить по неравенству допустимое удорожание электрооборудования нового исполнения и сравнить с фактическим.

Рассмотрим два электродвигателя: 1- Промышленного назначения, 2 -сельскохозяйственного назначения. По критерию приведённых затрат определяем целесообразность принятия того или иного двигателя.

Электродвигатель промышленного назначения имеет балансовую стоимость К1=3500 рублей, а двигатель сельскохозяйственного исполнения К2=4000 рублей.

Обобщенное условие выбора исполнения электродвигателя имеет вид:

где у — технологический ущерб, триходяшийся на 1 отказ ЭО; с — величина на которую снижается число отказов в двигателе с/х исполнения; л1 — интенсивность отказов 1-го двигателя; Е = 0,15- суммарный коэффициент нормативных отчислений.

Исходя из неравенства выбираем электродвигатель сельскохозяйственного исполнения, так как дополнительные затраты на его приобретение меньше затрат на ремонт электродвигателя и покрытие ущерба.

3.5 Выбор защиты

В процессе эксплуатации электропривода возникают различные аварийные ситуации, основные из которых заклинивание рабочей машины увлажнение изоляции, неполнофазный режим работы и увлажнение изоляции.

Условия выбора устройства защиты по экономическим критериям:

где К3 — стоимость устройства защиты; Кд — стоимость двигателя; л1, л2 — интенсивность отказов при сравниваемых защитах; Е = 0,15- суммарный коэффициент нормативных отчислений.

Исходя из полученного неравенства видно, что нужно изменить тип защиты: тепловое реле РТЛ на УВТЗ, которое намного эффективнее и снижает число отказов почти в 2 раза.

3.6 Выбор передаточного устройства В связи с тем, что в структуре аварийных ситуаций большая доля приходится на заклинивания ротора, целесообразно предусмотреть соединение двигателя с рабочей машиной через предохранительную муфту или клиноремённую передачу.

4. Оценка эффективности принятых решений При выборе электродвигателя для привода рабочей машины, мы руководствовались наиболее объективными и полноценными методами расчета выбора по экономическому критерию.

Эта методика позволяет осуществить наиболее экономически выгодный выбор электрооборудования, что очень актуально в условиях рыночной экономики. При выборе окончательного решения используется вся полнота информации.

Заключение

В данной курсовой работе, на конкретном примере рассмотрен один из ключевых вопросов эксплуатации — выбор и проверка комплектования электрооборудования.

Очевидно, что без применения электрификации и, что еще более эффективнее, без автоматизации, невозможно получить экономический эффект от производства сельскохозяйственной продукции в жестких условиях рыночной экономики.

На конечный результат сельскохозяйственного производства, в частности, напрямую оказывает влияние электрооборудование, которым оснащен электропривод, используемый в какой либо конкретной отрасли сельского хозяйства.

На энергетические и экономические показатели приводов оказывают влияние, в основном на надежность и качества энергоснабжения, сезонность, большой разброс по территории и по технологическим объектам; окружающая среда, недокомплектация ЭТС квалифицированными кадрами. Около 35% всех двигателей заняты на ответственных объектах, поэтому к их надежности предъявляют особые требования. Все эти факторы подчеркивают актуальность рассмотренного в курсовой работе вопроса.