Расчет электродного водонагревателя

Контрольная работа

по светотехнике и электротехнологии

1. Задание для расчета

Ф_max — максимальное теплопотребление за интервал времени t_i в течение суток, кВт;

Q₂ — конечная температура теплоносителя (воды), `С;

K_i — коэффициент, учитывающий теплопотребление в интервалы времени t_i в долях от величины максимального теплопотребления, Фmax;

i_t — время работы водонагревателя с теплопотреблением Ф_i, где Ф_i — теплопотребление в соответствующий i-тый интервал времени;

t₃ — время разрешенной работы водонагревателя — время зарядки аккумулятора, ч. Решение задачи сводится к выбору марки электродного нагревателя, обеспечивающего функционирования объекта сельскохозяйственного назначения с известным графиком теплопотребления.

Таблица 1. Индивидуальные данные задания.

Ф_мах=300 кВт; Q₂=80'C; t₃=5ч.

Задание.

По данным индивидуального задания следует выбрать марку электродного нагревателя, обеспечивающего функционирование сельскохозяйственного объекта с известным графиком теплопотребления. В ходе выполнения задания необходимо выполнить следующее:

1. Построить по данным задания и расчетов график теплопотребления объекта.

2. Определить мощность нагревателя, необходимого для зарядки аккумуляторной емкости.

3. Рассчитать объем аккумулятора.

4. Выбрать необходимый для конкретного случая электродный водонагреватель и выполнить чертеж водонагревателя в разрезе.

5. Построить график зависимости мощности котла от времени включения и рассчитать К.

6. Выбрать аппаратуру управления и защиты.

7. Разработать схему подключения водонагревателя и схему управления его работой.

2. Расчетная часть работы

теплопотребление аккумулятор водонагреватель

1. График теплопотребления объекта сельхозпроизводства строится по данным индивидуального задания и проведенным расчетам, где Ютеплопотребление в соответствующий i-ый временной интервал.

Теплопотребление Ф_i определяется по формуле:

[кВт] (1)

где K_i — относительное теплопотребление в i-ый интервал времени.

K_i и Ф_max заданы в индивидуальном задании.

Считаем.

Ф₁=0,4*300=120

Ф₂=0,8*300=240

Ф₃=1,0*300=300

Ф₄=0,6*300=180

Ф₅=0,3*300=90

Ф₆=0,7*300=210

Ф₇=1,0*300=300

Ф₈=0,7*300=210

На основании полученных данных строим график.

Рисунок 1. График теплопотребления объекта сельхозпроизводства.

2. Мощность нагревателя для зарядки аккумуляционной емкости определяется по формуле:

(2)

3. Расчет потребного объёма аккумулятора.

В качестве аккумулятора предполагается использовать емкость с водой, в которой при помощи теплоизоляции обеспечивается снижение температуры теплоносителя (воды)

(3)

где? — плотность носителя кг/м³

с — удельная теплоемкость теплоносителя

t1, t2 — начальная и конечная температура теплоносителя.

4. Потребная производительность водонагревателя:

Исходя из потребляемой мощности Р_нагр= 873,3 кВт, потребной производительности горячей воды 90'С n=1,12 л/с выбираем электродный водонагревательный котел КЭВ-1000/0,4 кВт.

Устройство котла КЭВ-1000/0,4 Э приведено на чертеже 2 графической части работы. Корпус электрокотла (1), выполняемый из стандартной трубы и закрытый с помощью фланцевых соединений крышкой (2) и флянцем (3) имеет входной (4) и выходной (5) патрубки для нагреваемой воды. В нижней части корпуса установлены плоские электродные пластины (6), собранные в один многопластинчатый пакет фазных электродов, в котором пластины электрически соединены в три группы, к каждой из которых подведена соответствующая фаза трехфазной электрической сети, а друг от друга пластины изолированы. Переменный ток подводится к пластинам по токоведущим шпилькам (7), изолированным от днища котла проходными изоляторами (8). Для устранения перекоса фазных нагрузок крайние пластины в электродном пакете изолируются с наружной стороны диэлектрическими пластинами (9). Регулирование мощности электродного котла типа КЭВ напряжением 0,4 кВ выполнено по принципу изменения рабочей площади фазных электродов. Конструктивно регулятор мощности выполнен в виде многопластинчатого пакета из диэлектрических пластин (10), входящих в зазоры между электродными пластинами и перемещающихся вертикально относительно последних. Перемещение пакета диэлектрических пластин осуществляется либо ручным приводом (11), либо электроприводом, устанавливаемым на крышке. Кроме указанных узлов и элементов, конструкция данного электрокотла снабжена также воздушником (12), дренажным патрубком (13) и опорными лапками (14) с отверстиями под болты крепления к несущей конструкции[1].

Таблица 2. Технические характеристики выбранного котла

5. Расчет коэффициента регулирования мощности:

Определение рабочего тока электродного водонагревателя

(6)

Допустимая плотность тока на плоских электродах 0,5*104 А/м2=0,5 А т. е. площадь электрода должна быть не менее в котлах КЭВ 1000/0,4 Э на каждую фазу приходится по 2 плоских электрода то на один электрод потребная площадь будет в 2 раза меньше т. е.

6. Аппаратуру управления выбираем с учетом возможностей дистанционного управления работой водонагревателя и защиты от аварийных режимов — неполнофазного включения, короткого замыкания, превышения мощности нагревателя и следовательно, допустимой плотности тока на электродах. Одновременно следует предусматривать защиту от перегрева воды и сигнализацию рабочего и аварийного состояния.

На сегодняшний день для управления подобными установками широко используется устройство БУСТ-2 (блок управления тиристорами и симисторами БУСТ-2 ТУ 4389−003−46 526 536−2008). Он предназначен для управления тиристорами и симисторами в составе регуляторов переменного напряжения, функционирующих на частоте питающей сети 220/380 В и используемых для регулирования напряжения питания резистивно-индуктивных нагрузок, подключаемых по схемам «звезда с нейтралью», «звезда без нейтрали», «сомкнутый треугольник», «разомкнутый треугольник», включая неполнофазные варианты. Основная функция, выполняемая блоком, — преобразование входного управляющего сигнала в длительность открытого состояния тиристора. По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации блок соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12 997–84. По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации блок соответствует группе исполнения N1 по ГОСТ 12 997–84.

Соединяем буст с сетью через автоматы защиты типа YA-0802X, 1 А, 250 В или аналоги кабелем РПШ 3×1,5 кв. мм-0,38 (с заземлением).

Таблица 3. Технические характеристики БУСТ-2.

Рисунок 2. Функциональная схема управления БУСТ-2.

Рисунок 3. Схема состояний БУСТ-2.

В комплекту к БУСТу применим мощные тиристоры типа SAM801600D

Таблица 4. Основные технические характеристики тиристоров SAM801600D

Для защиты по току выбираем аналоговый датчик типа Д-420, подключаемый по двухпроводной схеме экранированным кабелем МКЭШ 2×0,5. Датчик подключается напрямую к контроллеру БУСТ защита по току, имеющему встроенный блок питания для аналоговых датчиков. Длину линии связи не рекомендуется превышать 300 м и выполнять ближе 15 см от высоковольтных линий[3].

Для контроля за давлением на входе и выходе котла применяем двухпроводные датчики давления типа DMP 330L.

Рисунок 4. Общий вид и основные характеристики датчиков давления DMP 330L[4].

Датчики уменьшают свое сопротивление при повышении давления, поэтому подключаем их к обоим выходам блокировки. В случае превышения допустимых значений давления хотя бы на одном из них, подастся сигнал на блокировку, БУСТ отключит питание котла и подаст аварийную сигнализацию. Повторный запуск котла будет возможен лишь при устранении причины избыточного давления. Подключаем датчик также кабелем МКЭШ 2×0,5 со всеми рекомендациями датчиков защиты по току.

Для защиты от перегрева используем погружной датчик воды типа VSP. Датчик уже снабжен силиконовым кабелем длиной 1.5 метра для подключения к контроллеру по двухпроводной схеме. Максимальный измеряемый ток 1 мА. Соединяем с соответствующими зажимами на БУСТе.

Котел запитываем через автомат защиты типа ВА 5543 1600 А 344 770 НР~220 В ЭП~220 В или его аналоги медными шинами прямоугольного сечения не менее 80*6 мм[5].

7. Схема подключения водонагреватели и схема управления выполняются и соответствии с действующими ГОСТами и приводятся в руководстве по эксплуатации котлов КЭВ-0,4.

3. Графическая часть работы

Принципиальная схема подключения КЭВ-1000/0,4 Э:

Котел КЭВ 1000/0,4 Э в разрезе:

Спецификация:

Список источников

1. «Котлы электрические водогрейные КЭВ-0,4РЭ» паспорт, руководство по эксплуатации. ОАО «ЗСТЭМИ-2».

2. «Блок управления тиристорами и симисторами» руководство по эксплуатации.

3. «Подключение датчиков 4−20мА» ЗАО «НПФ «АГРОСТРОЙ»

4. «Первичные преобразователи давления и силы» ЗАО «НПК ВИП»

5. Правила устройства электроустановок, глава 1.3 табл. 1.3.31

6. Материалы сети Интернет (каталоги продукции).