Электрооборудование и схема управления погружными насосами ЭЦВ-8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение станка и его основные технические характеристики

2. Техническое обоснование выбора системы электропривода

3. Выбор рода тока и величины напряжения

4. Расчёт мощности и выбор электродвигателя главного движения

5. Расчёт мощности и выбор электродвигателей подач и вспомогательных движений

6. Расчёт и построение механической характеристики с помощью ПЭВМ

7. Разработка принципиальной электрической схемы управления

8. Выбор аппаратов пуска, защиты и управления

9. Выбор питающих проводников и способа их прокладки

10. Охрана труда

Выводы по проекту

Перечень стандартов, используемых в проекте

Литература



Введение

Энергетическая отрасль - одна из ведущих в Беларуси. От ее стабильной и эффективной работы, обеспечения надежного и бесперебойного энергоснабжения зависит работа всех других отраслей народного хозяйства республики, комфорт и благополучие граждан.

В настоящее время в рамках реализации Концепции энергетической безопасности Министерство энергетики разрабатывает Государственную программу модернизации основных производственных фондов белорусской энергетической системы на 2011-2015 годы. Этот период предшествует главному событию в белорусской энергетике - вводу в эксплуатацию в 2016 и в 2018 году энергоблоков атомной электростанции. Для обеспечения надежной работы энергосистемы после ввода АЭС необходима уверенность в работоспособности существующего оборудования и наличие необходимого и достаточного резерва мощности, который будет задействован на время регламентных остановов ядерных энергоблоков.

Для этого в период с 2011 по 2015 годы в целях повышения надежности и экономичности работы существующих энергоисточников планируется модернизация и реконструкция оборудования с повышением эффективности, в том числе на Гродненской ТЭЦ-2, на Минской ТЭЦ-5, Минской ТЭЦ-4 и Бобруйской ТЭЦ-2. Намечена также установка генерирующего оборудования на котельных в Борисове и Могилеве, строительство блоков ПГУ на Лукомльской и Березовской ГРЭС с одновременным выводом из эксплуатации неэффективного оборудования на данных станциях. В целях диверсификации топливного баланса энергосистемы в настоящее время прорабатываются вопросы строительства Зельвенской электростанции, работающей на угле, в составе двух энергоблоков по 460 МВт, один из которых будет работать на экспорт электроэнергии.

Ввод в перспективе запланированных мощностей повысит эффективность работы энергосистемы и значительно сократится износ основных фондов. Будет полностью выведено из эксплуатации неэффективное оборудование, создан необходимый резерв мощности для полного и надежного электроснабжения потребителей. Кроме того, будет обеспечена возможность перехода энергосистемы на самобаланс по электрической мощности и энергии и созданы предпосылки для экспорта электроэнергии.

В настоящее время мощность всех электростанций белорусской энергосистемы составляет около 8300 МВт, из них 7984 МВт (96%) установлено на электростанциях ГПО "Белэнерго". Максимум потребления мощности в 2009 году составил 6000 МВт. В то же время не вся установленная мощность электростанций доступна для выработки электроэнергии. Суммарные ограничения мощности электростанций белорусской энергосистемы в отопительный период составляют порядка 400 МВт и связаны с недостаточной производительностью градирен и другими технологическими ограничениями. В целях обеспечения надежной работы энергосистемы и продления срока эксплуатации на оборудовании электростанций выполняются планово-предупредительные ремонты с периодичностью, регламентированной нормативными документами. Снижение мощности вследствие ремонтной кампании за последние годы составляло порядка 1000 МВт в течение всего года. При этом в летний период ремонтируется, как правило, оборудование ТЭЦ, в зимний период - оборудование конденсационных электростанций.

Важное значение имеют вопросы резервирования. Для обеспечения оптимальной надежности энергоснабжения потребителей в случае непрогнозируемого роста электропотребления или аварийного отключения наиболее крупной генерирующей единицы (300-320 МВт) на электростанциях белорусской энергосистемы постоянно имеется резерв мощности.



1. Назначение станка и его основные технические характеристики

Агрегат электронасосный центробежный скважинный погружной ЭЦВ предназначен для подъёма из скважин воды с общей минерализацией (сухой остаток) не более 1500 мг/л с водородным показателем (рН) 6,5...9,5, с температурой до 298 К (25°С), массовой долей твёрдых механических примесей - не более 0,01%, с содержанием хлоридов - не более 350 мг/л, сульфатов - не более 500 мг/л, сероводорода - не более 1,5 мг/л.

Агрегат может быть использован для промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, а также для орошения и понижения уровня грунтовых вод.

Агрегат относится к изделиям общего назначения вида I, восстанавливаемый по ГОСТ 27.003. Вид климатического исполнения У * ГОСТ 15150. Агрегат не предназначен для эксплуатации во взрыво и пожароопасных производствах.

Агрегат может комплектоваться электродвигателями ДАП или ПЭДВ.

При комплектации электродвигателем ПЭДВ агрегат имеет условное обозначение ЭЦВ. При комплектации электродвигателем ДАП агрегат имеет условное обозначение 2ЭЦВ.

Агрегат состоит из центробежного насоса и электродвигателя.

Насос - центробежный многоступенчатый. Ступени соединяются между собой стяжками из стальной ленты или шпильками. Вал с рабочими колесами и втулками образует ротор насоса, который вращается в резинометаллических подшипниках.

Электродвигатель - трехфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором, погружной, с синхронной частотой вращения 50 с-1 (3000 об/мин). Охлаждение электродвигателя производится омыванием откачиваемой водой.

Направление вращения ротора правое (по часовой стрелке), если смотреть со стороны насосной части.

Рабочее положение агрегата - вертикальное или горизонтально (по согласованию с предприятием-изготовителем).

При вертикальной установке агрегата нагрузки от трубопровода на напорный патрубок отсутствуют. При горизонтальной установке установить агрегат на специальные опоры и учесть минимальный уровень воды (min 0,5 м). Рекомендуется дополнительно на агрегат устанавливать охлаждающий кожух. Нагрузки от трубопровода на напорный патрубок исключить (например, закрепить трубопровод на соответствующих опорах рядом с агрегатом).

Условное обозначение погружных насосов ЭЦВ:

Например: ЭЦВ8-40-70 где:

ЭЦВ - тип электроагрегата;

8 - внутренний диаметр обсадной трубы в дюймах;

40 - номинальная подача, м3/ч;

70 - номинальный напор, м.

В данном проекте рассмотрим насос ЭЦВ8-40-60 степень защиты IP68.

Таблица 1

Марка насоса		Параметры насоса
	Q, м/ч	H, м	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
			агрегата	двигателя	агрегата	двигателя
ЭЦВ8-40-60	40	60	1260	700	84	62

2. Техническое обоснование выбора системы электропривода

Электрический двигатель составляет основу автоматизированного электропривода производственного механизма. Соответствие конструктивных и технических данных электродвигателя условиям работы механизма является необходимым требованием, выполнение которого обеспечивает минимальную стоимость электрооборудования, высокую надежность работы и наименьшие потери электроэнергии при эксплуатации.

В приводах промышленных механизмов применяются электродвигатели переменного и постоянного тока. Из электродвигателей переменного тока наибольшее распространение в промышленности получили трехфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели. По сравнению с другими электрическими двигателями они проще по конструкции, дешевле, надежнее в эксплуатации и не требуют применения преобразовательных установок, так как получают энергию непосредственно от заводской сети. В отношении компактности и возможности приспособления к конструкции производственного механизма этот электродвигатель также вне конкуренции. Возможность размещения в любом положении делает его особенно удобным для глубокой электрификации механизмов с максимальным развитием многодвигательного привода и органическим слиянием механических и электрических частей. Большое значение: имеют также преимущества короткозамкнутых асинхронных электродвигателей и в отношении количества применяемой пусковой аппаратуры и схем управления. Но следует помнить, что такие электродвигатели обладают рядом: специфических особенностей, касающихся, прежде всего пуска, реверса и торможения.

Мощность электродвигателя для производственного механизма должна выбираться, в соответствии с предполагаемой нагрузкой и режимом его работы. Если электродвигатель выбран недостаточной мощности для данной нагрузки, то это приводит к неполному использованию механизма или перегреву отдельных частей электродвигателя и преждевременному выходу его из строя. Завышение мощности электродвигателя влечет за собой систематическую недогрузку его и вследствие этого неполное использование электродвигателя, работу его с низким КПД, а для асинхронных электродвигателей, кроме того, еще и с низким коэффициентом мощности cos ф. При завышенной мощности электродвигателя возрастают капитальные и эксплуатационные затраты.

В большинстве случаев мощность электродвигателя выбирается по нагреву, а затем двигатель проверяется по перегрузочной способности, а иногда и по пусковому моменту. Значения коэффициентов мгновенной перегрузки по моменту для асинхронных электродвигателей с контактными кольцами 2--2,5; асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором нормального исполнения 1,7--2,5; короткозамкнутых электродвигателей с двойной клеткой или глубоким пазом 1,7--2,6.

При выборе электродвигателя кроме мощности и частоты вращения необходимо учитывать еще ряд важных факторов. Электродвигатель должен выбираться в соответствии с напряжением заводской сети, с учетом установки и крепления его (горизонтальное, вертикальное исполнение), а также соединения с механизмом.

Важным является правильный выбор электродвигателя для работы в определенных условиях окружающей среды. От способа защиты электродвигателя зависит его долговечность, надежность и безопасность обслуживания.

Действующим ГОСТ 183--74 предусматриваются восемь номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 -- S8. Ниже приводится краткая характеристика этих режимов.

Продолжительный S1 -- это работа при неизменной нагрузке, продолжающаяся до тех пор, пока превышения температуры всех частей двигателя достигнут установившихся значений.

Кратковременный S2, при котором период неизменной номинальной нагрузки чередуется с периодом отключения двигателя; при этом периоды нагрузки недостаточны, чтобы превышения температуры электрического двигателя могли достигнуть установившихся значений, а периоды остановки вполне достаточны для охлаждения двигателя до температуры окружающей среды. Для этого режима работы рекомендуется следующая продолжительность рабочего периода t_p: 15, 30, 60, 90 мин.



Рисунок 1. Продолжительный номинальный режим работы электрических двигателей и соответствующее изменение мощности Р на валу двигателя, потерь Q и температуры t

Повторно-кратковременный S3 при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие) чередуются с периодами отключения двигателя (паузами); при этом за время работы он не успевает нагреться до температуры, соответствующей его номинальной нагрузке, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды, т. е. вступает в следующий цикл нагрузки уже нагретым. Продолжительность одного цикла принимается 10 мин.

В этом режиме работы пусковые потери практически не оказывают влияния на превышение температуры отдельных частей электродвигателя.

Режимы SI, S2, S3 являются основными, номинальные данные на которые включаются в паспорт электрического двигателя и каталоги.

Кроме основных предусмотрены дополнительные номинальные режимы S4--S8.

Повторно-кратковременный с частыми пусками S4, при котором, в отличие от режима S3, пусковые потери оказывают существенное влияние на превышение температуры частей электродвигателя. Продолжительность включения (ПВ) составляет 15, 25, 40, 60%; число включений в час 30, 60, 120, 240 при коэффициенте инерции F = = 1; 1,2; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10. Коэффициент инерции -- это отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции приводимого механизма и момента инерции ротора двигателя к моменту инерции ротора двигателя.

Повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением S5, при котором периоды пуска, кратковременной неизменной нагрузки и электрического торможения чередуются с периодами отключения, причем двигатель за время работы не успевает нагреться до температуры, соответствующей его номинальной нагрузке, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

В этом режиме пусковые потери и потери при электрическом торможении оказывают значительное влияние на превышение температуры отдельных частей двигателя. Продолжительность включения (ПВ) составляет 15, 25, 40, 60%; число включений в час 30, 60, 120, 240 при коэффициенте инерции F = 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

Перемежающийся S6 с продолжительностью нагрузки (ПН) 15, 25, 40, 60%. Продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин. Этот режим отличается от S3 тем, что после периода работы двигатель не отключается, а продолжает работать вхолостую.

Перемежающийся с частыми реверсами S7, при котором периоды реверса чередуются с периодами неизменной номинальной нагрузки, причем двигатель за время работы не успевает нагреться до температуры, соответствующей его номинальной нагрузке. Число реверсов в час 30, 60, 120, 240 при коэффициенте инерции F = I; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

В этом режиме потери при реверсировании оказывают существенное влияние на превышение температуры отдельных частей двигателя, который работает без остановки, постоянно находясь под напряжением.

Перемежающийся с двумя и более частотами вращения S8, при котором периоды с одной нагрузкой на одной частоте вращения чередуются с периодами работы на другой частоте вращения при соответствующей этой частоте нагрузке. Электродвигатель, работая на каждой из частот вращения, не успевает нагреться до температуры, соответствующей его номинальной нагрузке. Число циклов в час 30, 60, 120, 240 при коэффициенте инерции F = 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

В этом режиме работы потери при переходе с одной частоты вращения на другую оказывают существенное влияние на превышение температуры отдельных частей электродвигателя.

Насосы относятся к числу механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой. При отсутствии электрического регулирования скорости в насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощностью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и синхронные двигатели на 6 и 10 кВ с прямым пуском, т. е. с включением на полное напряжение сети.

Двигатели поршневых насосов соединяются с валом насоса через замедляющую передачу (клиноременную или зубчатую), поскольку поршневые насосы являются тихоходными механизмами. Центробежные насосы в большинстве случаев выполняются быстроходными, поэтому их приводные двигатели имеют высокую угловую скорость (=150--300 рад/с) и соединяются с валом насоса непосредственно.

Мощность двигателя насоса , кВт, определяется по формуле

(1)

Для центробежного насоса особо важен правильный выбор угловой скорости двигателя, так как производительность насоса Q, создаваемый им напор Н, момент М и мощность Р на валу двигателя зависят от угловой скорости щ. Для одного и того же насоса значения Q₁, Р₁ при скорости связаны со значениями Q₂, H₂, М₂, и Р₂ при скорости щ₂ соотношениями:

(2)

Из этих соотношений следует, что при завышении скорости двигателя потребляемая им мощость резко возрастает, что приводит к перегреву двигателя. При заниженном значении скорости двигателя создаваемый насосом напор может оказаться недостаточным, и насос не будет перекачивать жидкость.

Исполнение электрических аппаратов по степени защиты

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Таблица 2

Обозначение степеней защиты	Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.
0	Специальная защита отсутствует.
1	Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.	Капель, падающих вертикально.
2	Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм.	Капель при наклоне оболочки до150 в любом направлении относительно нормального положения.
3	Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.	Дождь, падающий на оболочку под углом 600 от вертикали.
4	Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.	Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.
5	Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.	Струй, выбрасываемых в любом направлении.
6	Защита от пыли полная (пыленепроницаемые).	Волн (вода при волнении не должна попасть внутрь).
7	-	При погружении в воду на короткое время.
8	-	При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 - IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды

6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

3. Выбор рода тока и величины напряжения

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителей, конфигурации схемы сети и т.д.

По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока.

По напряжению: сверхвысокого напряжения - Uномі 330 кВ, высокого напряжения - Uном = 3 - 220 кВ, низкого напряжения - Uном < 1 кВ

Важнейшей характеристикой любого электрического прибора является величина номинального напряжения, при которой он может нормально и длительно работать (она обозначается на табличке машины, прибора или аппарата).

Величина номинального напряжения имеет большое значение для нормальной работы электрической аппаратуры. Так, на баллоне или цоколе лампы накаливания указано, что она работает на напряжении 220В. Это означает, что если ее подключить к сети напряжением 220В, то она будет создавать нормальный для нее световой поток и работать длительное время, гарантированное заводом-изготовителем. Если напряжение сети будет меньше номинального напряжения лампы, то срок ее службы несколько увеличится, но зато световой поток резко сократится. Наоборот, при увеличении напряжения сети сверх номинального лампа будет давать больше света, но при этом срок ее службы станет во много раз меньше.

Величина питающего напряжения влияет и на режим работы электродвигателей. При повышении напряжения сверх номинального обмотки двигателя чрезмерно нагреваются, создается опасность повреждения изоляции. Если же электродвигатель работает при пониженном напряжении, то значительно уменьшается его номинальная мощность, а это в конечном итоге также приводит к перегреву его обмоток.

Аналогичным образом отклонение питающего напряжения от номинального значения нарушает работу любого "электрического устройства. Поэтому «Правилами» предусматривается, что отклонение напряжения от номинального значения на зажимах электродвигателя не должно превышать 5%. Снижение напряжения для ламп освещения промышленных предприятий и общественных зданий должно быть не более 2,5%, а для ламп освещения жилых зданий -- не более 5%. В то же время наибольшее напряжение на лампах, как правило, должно составлять не более 105% от номинального.

В соответствии с ГОСТом для электрических сетей и присоединяемых к ним потребителей приняты следующие номинальные напряжения переменного тока частотой 50 Гц: 127В -- для ламп накаливания, бытовых электроприборов; 220В -- для ламп накаливания, люминесцентных ламп, бытовых электроприборов и трехфазных электродвигателей, работающих в системе трехфазного напряжения 220/127 В; 380 и 660В -- для электродвигателей, работающих в системе, трехфазного напряжения 380/220 или 660/380В, для промышленного электрооборудования; 3000, 6000, 10 000, 20 000 и 35 000В -- для передачи электроэнергии на расстоянии до нескольких десятков километров; 110 000, 150 000, 220 000 и 330 000В -- для передачи электроэнергии на расстояния до нескольких сотен километров; 500 000 и 750 000В -- для дальних и сверхдальних линий электропередачи большой мощности. Передача электрической энергии от источника к потребителю всегда сопровождается потерей напряжения. Поэтому напряжение источника, называемое генераторным, превышает номинальное напряжение потребителя на 5% и составляет 133, 230, 400, 700, 3150, 6300, 10 500, 21 000, 38 500В и т. д.

В данном проекте будет использован переменный ток, с промышленной частотой 50 Гц и напряжением 380В.

4. Расчёт мощности и выбор электродвигателя главного движения

Мощность электродвигателя выбирается исходя из потребляемой мощности насоса с учетом возможного изменения подачи в пределах рабочего диапазона.

Пуск насоса на открытую задвижку, незаполненный трубопровод приводит к увеличению подачи и, соответственно, потребляемой мощности.

Неверный расчет параметров сети, меньший напор, чем предполагалось, приводит к работе при повышенной подаче и мощности.

Мощность электродвигателей выбирается исходя из потребляемой мощности насоса на правой границе рабочего диапазона.

Запасы по мощности электродвигателей в соответствии со стандартом ИСО 5199 86:

до 7,5 кВт примерно 20%;

т 7,5 до 40 кВт примерно 15%;

свыше 40 кВт примерно 10%.

Формула для определения мощности (кВт) двигателя насоса

(3)

где k -- коэффициент запаса (1.1--1.4);

г -- удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/мі, для холодной воды равен 9810;

Q -- производительность насоса, мі/с;

Н -- напор насоса, м;

-- кпд передачи (при непосредственном соединении насоса с двигателем зp = 1);

-- кпд насоса принимают равным: для поршневых насосов -- 0.7--0.98; для центробежных насосов с давлением свыше 39 000 Па -- 0.6--0.75; с давлением ниже 39 000 Па -- 0.3--0.6

При выборе двигателя к центробежному насосу необходимо обращать внимание на частоту вращения двигателя, так как у центробежного насоса мощность, напор, производительность и частота вращения связаны следующими соотношениями:

, (4)

где M -- момент двигателя.

Рассчитаем двигатель для насоса ЭЦВ 8-40-60:

(5)

где 3600 -- коэффициент перевода производительности из мі/ч в мі/с.

По справочным данным [2] выбираем ближайший стандартный электродвигатель ПЭДВ11-180В с номинальной мощностью Р = 11кВт, номинальным напряжением 380В, КПД - 81%, ток статора

I = 24A, ; cosц = 0,84.

Двигатели серии ПЭДВ - асинхронные, погружные, трехфазные, водонаполненные применяются в качестве привода центробежных насосов, а также в центробежных скважинных электронасосных агрегатах и предназначены для подъема воды.

Рисунок 2. Зависимость тока в фазах погружного двигателя ПЭДВ от мощности на валу

5. Расчёт мощности и выбор электродвигателей подач и вспомогательных движений

В данном электрооборудовании отсутствуют подачи и вспомогательные движения, поэтому данный раздел будет пропущен.

6. Расчёт и построение механической характеристики с помощью ПЭВМ

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n=f(M). Эту характеристику можно получить, используя зависимость M=f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

S = ( (6)

n = (1?S). (7)

Рассмотрим зависимость электромагнитного момента от скольжения.

Выражение для электромагнитного момента справедливо для любого режима работы и может быть использовано для построения зависимости момента от скольжения при изменении последнего от +? до ??. Рассмотрим часть этой характеристики, соответствующая режиму двигателя, т.е. при скольжении, изменяющемся от 1 до 0. Обозначим момент, развиваемый двигателем при пуске в ход (S=1) как . Скольжение, при котором момент достигает наибольшего значения, называют критическим скольжением а наибольшее значение момента -критическим моментом . Отношение критического момента к номинальному называют перегрузочной способностью двигателя

(8)

Из анализа формулы на максимум можно получить соотношения для и .Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. При уменьшении U1 снижается перегрузочная способность асинхронного двигателя.

Разделив M на , можно получить формулу, известную под названием «формула Клосса», удобную для построения M=f(S).

(9)

Если в эту формулу подставить вместо M и S номинальные значения момента и скольжения ( и ), то можно получить соотношение для расчета критического скольжения.

(10)

Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от 0 до , соответствует устойчивой работе двигателя. На этом участке располагается точка номинального режима (, ). В пределах изменения скольжения от 0 до изменение нагрузки на валу двигателя будет приводить к изменению частоты вращения ротора, изменению скольжения и вращающего момента. С увеличением момента нагрузки на валу частота вращения ротора станет меньше, что приведет к увеличению скольжения и электромагнитного (вращающего) момента. Если момент нагрузки превысит критический момент, то двигатель остановится.

Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от до 1, соответствует неустойчивой работе двигателя. Этот участок характеристики двигатель проходит при пуске в ход и при торможении.

Для упрощения построения зависимости момента от скольжения при помощи ПЭВМ, внесём данные о двигателе в таблицу 3. Предварительно рассчитав номинальное скольжение по формуле (5)

отн. ед.

Таблица 3

Сводные данные

Перегрузочная способность	Номинальная мощность Р, кВт	Синхронная скорость , об/мин	Асинхронная скорость n, об/мин	Номинальное скольжение S, отн. ед.
2,2	11	3000	2850	0,05

По данным расчётов ПЭВМ построим зависимость момента от скольжения.



7. Разработка принципиальной электрической схемы управления

Принципиальные электрические схемы определяют полный состав приборов, аппаратов и устройств (а также связей между ними), действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Принципиальные схемы служат основанием для разработки других документов проекта: монтажных таблиц щитов и пультов, схем внешних соединений и др.

Эти схемы дают детальное представление о работе системы и служат также для изучения принципа действия системы, они необходимы при производстве наладочных работ и в эксплуатации.

При разработке систем автоматизации технологических процессов принципиальные электрические схемы обычно выполняют применительно к отдельным самостоятельным элементам, установкам или участкам автоматизируемой системы, например, выполняют схему управления задвижкой, схему автоматического и дистанционного управления насосом, схему сигнализации уровня в резервуаре и т.п. Используя эти схемы, составляют в случае необходимости принципиальные электрические схемы, охватывающие целый комплекс отдельных элементов, установок или агрегатов, которые дают полное представление в связях между всеми элементами управления, блокировки, защиты и сигнализации этих установок или агрегатов. Примером таких схем может служить принципиальная электрическая схема управления насосной установкой, состоящей из насоса, вакуум-насоса и нескольких электрифицированных задвижек.

При всем многообразии принципиальных электрических схем в различных системах автоматизации любая схема, независимо от степени ее сложности, представляет собой определенным образом составленное сочетание отдельных, достаточно элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов, в заданной последовательности выполняющих ряд стандартных операций: передачу командных сигналов от органов управления или измерения к исполнительным органам, усиление или размножение командных сигналов, их сравнение, превращение кратковременных сигналов в длительные и, наоборот, блокировку сигналов и т.п. К элементарным цепям могут быть отнесены типовые схемы включения измерительных приборов различного назначения.

Разработка принципиальных электрических схем всегда содержит определенные элементы творчества и требует умелого применения элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов, оптимальной компоновки их в единую схему с учетом удовлетворения предъявляемых к схемам требований, а также возможного упрощения и минимизации схем. В практике проектирования принципиальных электрических схем на базе опыта проектирования монтажа, наладки и эксплуатации различного рода систем автоматизации сложились некоторые общие принципы построения электрических схем. Вопрос о методах разработки принципиальных электрических схем в процессе проектирования систем автоматизации технологических процессов следует рассматривать в общем комплексе вопросов, связанных с контролем, управлением и регулированием данного объекта. Во всех случаях помимо полного удовлетворения требований, предъявляемых к системе управления, каждая схема должна обеспечивать высокую надежность, простоту и экономичность, четкость действий при аварийных режимах, удобство оперативной работы, эксплуатации, четкость оформления.

Надежность. Под надежностью схемы понимают ее способность безотказно выполнять свои функции в течение определенного интервала времени в заданных режимах работы. Это требование обычно обеспечивается целым рядом технических мероприятий, таких как применение наиболее надежных элементов, приборов и аппаратов; оптимальные режимы их работы; резервирование малонадежных или наиболее ответственных элементов или цепей схемы; автоматический контроль за неисправностью схемы; запретные блокировки, исключающие возможность проведения ложных операций; сокращение времени нахождения элементов схемы под напряжением и т.д.

Надежность действия является главным требованием, которое предъявляется к схемам. Если при проектировании обеспечению надежности действия схемы не будет уделено должного внимания, то все другие преимущества, которые имеет схема, могут быть утрачены. Требования к уровню надежности схем регулирования, управления и сигнализации определяются оценкой последствий отказов их действия для конкретных участков технологического процесса. Иногда эти отказы могут явиться причинами возникновения или развития тяжелых аварий.

Методы оценки надежности и способы ее повышения применительно к электрическим схемам подробно освещены в технической литературе.

Простота и экономичность проектируемых схем обеспечивается применением стандартной, наиболее дешевой аппаратуры и типовых (нормализованных) узлов; сокращением до минимума числа элементов в схеме и ограничением их номенклатуры; применением систем электропривода производственных механизмов, обеспечивающих высокие энергетические показатели в установившихся и переходных режимах работы, и т.п.

Рассмотрим схему автоматизации управления погружными насосами 1 и 2.Управление погружными двигателями осуществляется при помощи измерителя регулятора ТРМ-1. После включения автоматических выключателей QF1, QF2 и QF3 все элементы данной схемы готовы к работе, подаётся напряжение. На силовые цепи для нососов 380В, а для автоматики управления 220В. Когда ТРМ 1 определит что давление упало ниже допустимого, то он даст сигнал на включение промежуточного реле KV замкнув контакт 4 и 5. Сработавшее промежуточное реле замкнёт свой контакт KV1.1, тем самым подастся напряжение на катушку магнитного пускателя КМ. Насос включится. Когда давление в трубопроводе достигнет своего заданного верхнего значения, то ТРМ 1 разомкнёт свои контакты (4 и 5) и катушка магнитного пускателя КМ обесточится. Реле контроля фаз CKF контролирует наличие всех питающих фаз сети. Если произойдёт обрыв, перекос фазы, то CKF обесточит цепь управления. Тумблеры SW предназначены для переключения режимов работы схемы, а именно: первое положение (А) - работа насоса осуществляется через ТРМ 1, среднее положение (О) - остановка насоса в любом режиме, нижнее положение (Р) - включение насоса в ручном режиме (принудительно, независимо от давления в трубопроводе).

электропривод насос автоматизация защита

8. Выбор аппаратов пуска, защиты и управления

Выбор аппаратов защиты. В данном подразделе рассчитаем и выберем автоматические выключатели, тепловые реле и реле контроля фаз.

Автоматические выключатели служат для нечастых коммутаций (несколько раз в смену) и защиты электрических цепей от токов анормальных режимов. Они являются более совершенными аппаратами по сравнению с предохранителями, так как отключают одновременно три фазы защищаемой цепи, что особенно важно для электродвигателей, готовы к быстрому восстановлению электроснабжения после аварийных отключений, имеют более точные защитные характеристики и т.д.

Наиболее часто применяются автоматические выключатели с тепловыми, электромагнитными и комбинированными расцепителями. Тепловые расцепители защищают от перегрузок, а электромагнитные -- от токов КЗ. Комбинированный расцепитель представляет собой сочетание теплового и электромагнитного расцепителя.

Расцепители характеризуются номинальным током, который они выдерживают длительное время. Наименьший ток, вызывающий автоматическое отключение выключателя, называется током трогания или током срабатывания расцепителя. Под уставкой расцепителя понимается настройка его на необходимое значение тока трогания. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание называется отсечкой.

Автоматические выключатели могут быть нерегулируемые и регулируемые. У нерегулируемых выключателей уставки расцепителеи определены заводом-изготовителем и не подлежат коррекции в процессе эксплуатации. Регулируемые автоматические выключатели имеют специальные приспособления, позволяющие изменять ток уставки.

Номинальные токи автоматического выключателя и его расцепителя выбираются по следующим условиям:

(11)

(12)

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя проверяется по условию

(13)

При выборе электромагнитного расцепителя для одиночных электродвигателей в выражениях (10) - (11) и I_пик = I_пуск.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя, как правило, устанавливается изготовителем в зависимости от :

(14)

где - кратность тока отсечки.

Расчетное значение кратности тока отсечки может быть найдено по выражению



(15)

Величина принимается по справочным данным автоматических выключателей.

Произведём расчёты для выбора автоматических выключателей QF1 и QF2.

Из таблицы 3 берём номинальный ток электродвигателя насоса . Находим произведение;

Пусковой ток электродвигателя находится по формуле

(16)

где - номинальный ток электродвигателя, кВт;

- кратность пуска по отношению к , берём из справочных данных. Для данного вида электродвигателя кратность пуска равна 5.

Выбираем ближайшее стандартное наибольшее значение номинального тока автомата и расцепителя по условиям (10)-(11)

, 2524,6

, 2524,6

По (14) находим расчетное значение кратности тока отсечки

Выбираем стандартную кратность отсечки равную 15

Для защиты данного электропривода насоса выберем трёхполюсный автоматический выключатель с комбинированным расцепителем серии АЕ1031, с номинальным током 25А, током расцепителя 25А и кратностью отсечки 15.

Для защиты схемы управления погружными насосами выберем автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем серии ВА47-29, с номинальным током 1А, током расцепителя 1А и кратностью отсечки 4.

Реле контроля фаз применяют в схемах автоматического управления для контроля наличия и симметрии напряжений. Также данный прибор можно использовать для защиты электрооборудования в случаях нарушения качества питающей сети. Оборудование выполнено на базе современной микропроцессорной техники, что обеспечивает простоту конструкции, легкость настройки высокую надежность параметров устройства.

Прибор работает в режиме самовозврата, а именно, после аварийного срабатывания оборудование отключается. Далее, реле контроля фаз проверяет параметры сети и, если они соответствуют норме, снова включает нагрузку. В процессе эксплуатации оборудования данное устройство постоянно отслеживает величину напряжения сети. Реле контроля фаз отключает нагрузку в случае возникновения ряда возможных аварийных ситуаций. К таким ситуациям относят симметричный выход напряжения за допустимые пределы и несимметричный выход напряжения за допустимые пределы, а также нарушение порядка чередования напряжений. Реле контроля фаз позволяет оперативно отслеживать качество электроэнергии с целью защиты оборудования от недопустимых режимов питающей сети, и как следствие, от его возможных отказов.

В этой схеме применим трёхфазное реле контроля фаз типа ЕЛ-12, предназначенное для трехфазных асинхронных двигателей общепромышленных серий мощностью до 100кВт.

Выбор аппаратов пуска. К ним отнесём магнитные пускатели КМ1 и КМ2, а также промежуточные реле KV1 и KV2.

Комплектное оборудование и входящие в его состав электрические аппараты напряжением до 1 кВ выбираются в зависимости от значений расчетных параметров (напряжения, тока, мощности, частоты и т.п.). В общем случае номинальное значение расчетного параметра должно удовлетворять условию

(17)

где К -- коэффициент, величина которого принимается в зависимости от ряда факторов (допустимой перегрузки, температуры и т.п.), 1 > К > 1; X -- расчетное значение параметра.

Многие производственные механизмы и установки, например, обрабатывающие станки, мощные электрические печи и т.д., выпускаются со встроенной аппаратурой управления и защиты. Поэтому в проектах электрооборудования выбор такой аппаратуры не осуществляется.

Сантехнические установки (вентиляторы, насосы и т.п.) поставляются без коммутационных и защитных аппаратов. Эти аппараты должны выбираться при проектировании электрооборудования цеха. В нашем случае выбираем магнитные пускатели для насосов.

Определяем номинальный ток магнитного пускателя по условию

(18)

Для насосов

Выбираем нереверсивный магнитный пускатель типа ПМ 12-010500 с Пускатель имеет тепловое реле типа РТЛ-2 с пределами регулирования тока теплового элемента 10,3 - 18,5 А.

Реле электромагнитное (промежуточное) предназначено для гальванической развязки между силовыми цепями и цепями управления, дистанционного включения нагрузки путем подачи управляющего напряжения на обмотку реле, а также использования в качестве промежуточного. С помощью своих контактов данное реле выдаёт электрический ток на катушки магнитных пускателей. Для данной схемы применим электромагнитное реле PK-1P: напряжение питания 220В, максимальный ток контактов реле 16А.

Выбор аппаратов управления. К ним отнесём измеритель - регулятор ТРМ-1, датчики абсолютного давления ДД1 и ДД2.

ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.). В данном проекте ТРМ 1 используется как регулятор давления в трубопроводе. При помощи датчиков абсолютного давления ИД-А, которые предназначены для преобразования значения абсолютного давления в электрический выходной сигнал, ТРМ 1 управляет магнитными пускателями КМ1 и КМ2, которые, в свою очередь, управляют погружными насосами ЭЦВ8-40-70, тем самым поддерживая нужное давление в трубопроводе. Терморегулятор ТРМ1 имеет один универсальный вход для подключения измерительных датчиков: термопреобразователей сопротивления типа ТСМ или ТСП 50/100, Pt100; термопар ТХК, ТХА, ТНН, ТЖК, ТПП(S), ТПП(R), ТВР(А-1, 2, 3), ТПР(В), ТМК(Т); активных датчиков с унифицированным сигналом тока 0...5 мА, 4...20 мА или напряжения -50...+50 мВ, 0...1 В.

Все модификации прибора ТРМ1 имеют встроенный источник +24 В ± 10% для питания датчиков с унифицированным выходным сигналом или аналоговых выходных устройств. Датчик давления выбираем по току унифицированного сигнала.



9. Выбор питающих проводников и способа их прокладки

Проводники электрических сетей всех видов и назначений выбираются или проверяются по допустимому нагреву длительным расчётным током по условию

(19)

При выборе сечений проводников для ответвлений к отдельным электроприёмникам в качестве принимаются их номинальные токи .

Выбранные по нагреву сечения проводников должны соответствовать их защитным аппаратам, что проверяется по условию

(20)

(21)

принимаем следующие минимальные значения коэффициента :

0,33 - для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

1,0 - для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой.

Выберем кабель для подключения электродвигателей насосов. Так как кабель будет находиться в скважине (будет погружен в воду), то выберем марку провода ВПП - провод для водопогружных двигателей, предназначен для присоединения к электрическим сетям на номинальное напряжение 380, 660 и 3000В переменного тока частотой 50 Гц водопогружных электродвигателей, длительно работающих в воде артезианских скважин: под давлением до 70 МПа при температуре окружающей среды от -40°С до +80°С.



В цепи этого насоса стоит автоматический выключатель АЕ1031 с номинальным током расцепителя 25А, принимаем

А

Принимаем По этому значению выбираем соответствующий провод ВПП3(1Ч4) для прокладки от выводных концов теплового реле, до погружного насоса ЭЦВ 8, а для монтажных соединений силовой части схем выбираем провод ПуГВ1

Для монтажных соединений автоматики выберем провод МГШВ, который может работать в сетях переменного тока с частотой до 10 кГц, имеет допуски для монтажа в сетях до 1000 В. Импульсное напряжение провода не должно превышать 700 В. Этот провод, устойчив ко всем климатическим, вибрационным и ударным нагрузкам. Сечение жилы провода может быть от 0,12 до 1,5 квадратных миллиметров. Провода данной маркировки не распространяют горение при одиночном монтаже, и имеет сертификаты противопожарной безопасности.

В этой цепи стоит автоматический выключатель ВА47-29 с номинальным током расцепителя 1А, принимаем

А,



Принимаем По этому значению выбираем соответствующий провод МГШВ1Ч0,5.

Для подключения датчиков давления выберем кабель МКЭШ - изолированные жилы скручены в кабель. В каждом повиве две счетные жилы, отличающиеся цветом друг от друга и от остальных жил повива. Поверх скрученных жил для кабеля МКЭШ накладывается полиэтилентерефталатная пленка. Экран из медной проволоки диаметром не более 20%. Коэффициент поверхностной плотности экрана не менее 65%.

Потребляемый ток датчиком давления . В этой цепи стоит автоматический выключатель ВА47-29 с номинальным током расцепителя 1А, принимаем

А

Принимаем По этому значению выбираем соответствующий кабель МКЭШ 2Ч0,5.

Для удалённого управления (связи между водозабором и местом установки автоматики на базе ТРМ 1) используются 4 жилы контрольного кабеля КВВГ 19Ч1,0.

Все выбранные кабели и провода, кроме МГШВ, прокладываются в траншее глубиной 700мм имеющую подсыпку снизу и сверху. Провода ВПП в шахте скважины прокладываются открыто.

10. Охрана труда

К эксплуатации и ремонту скважин допускаются лица, прошедшие обучение и проверку знаний по безопасному ведению работ, связанных с эксплуатацией скважин, оборудованных установками погружных насосов.

К обслуживанию электрооборудования допускается технический персонал, знающий схемы применяемых станций управления, инструкции по их эксплуатации, прошедший производственное обучение и стажировку на рабочем месте, а также проверку знаний с присвоением квалификационной группы по электробезопасности.

Монтаж и демонтаж узлов погружного агрегата, а также наземного электрооборудования, осмотр, ремонт и наладку его должен производить электротехнический персонал.

Персонал, допущенный к эксплуатации и ремонту скважин, оборудованных, должен быть обеспечен спецодеждой и средствами индивидуальной защиты, предусмотренными для данного вида работ.

Запрещается прикасаться к кабелю при работающей установке и пробных ее пусках.

При спуско-подъемных операциях, в случае признаков фонтанирования скважин, рубить кабель допускается только после снятия напряжения и с соблюдением мер безопасности по предотвращению травмирования глаз, лица.

При установке электрооборудования на открытой местности оно должно быть ограждено. Если площадка с оборудованием находится на высоте более 0,7 м от поверхности земли, площадка должна иметь лестницу. Расстояние от пола рабочей площадки до земли должно отвечать требованиям технической документации на монтаж соответствующего оборудования.

Корпуса станции управления, трансформатора (автотрансформатора), кабеленаматывателя, а также броня кабеля (и металлическая подставка для укладки излишек кабеля) должны быть заземлены подсоединением к заземляющему контуру.

В качестве заземлителя должен быть использована техническая колонна скважины.

Заземляющий проводник должен быть стальным, сечением не менее 48 кв. мм, привариваться технической колонне не менее чем в двух местах и заглубляться в землю не менее чем на 0,5 м.

Хомуты - элеваторы должны быть заводского исполнения с маркировкой грузоподъемности и диаметра.

Кнопки включения (отключения) электродвигателя КМУ должны быть размещены в корпусе пульта управления таким образом, чтобы исключить возможность включения при случайном соприкосновении с ними.

При монтаже и демонтаже погружного агрегата лебедку подъемника следует включать и выключать только по сигналу оператора подземного ремонта скважин.

Перед соединением кабеля с двигателем необходимо убедиться в том, что другой конец кабеля не соединен со станцией управления.

Под кабель, идущий от кабеленаматывателя к устью скважины, необходимо установить подставки. Кабель не должен соприкасаться с поверхностью земли и не должен задевать элементы спускоподъемного сооружения.

Во время спуско-подъемных операций проводить какие-либо работы на кабеле запрещается.

Остановка барабана должна проводиться только отключением электродвигателя. Запрещается тормозить барабан руками, доской или трубой.

Запрещается намотка (размотка) и укладка кабеля на барабан кабеленаматывателя вручную.

Измерение сопротивления заземлителей, а также удельного сопротивления грунта должно производиться, как правило, в периоды наименьшей проводимости почвы: летом - при наибольшем просыхании или зимой - при наибольшем промерзании почвы.

Измерения сопротивления изоляции какой-либо части электроустановки могут производиться только тогда, когда эта часть отключена со всех сторон.

Перед началом работы с мегомметром необходимо убедиться в отсутствии людей, производящих работу на части электроустановки, к которой присоединен мегомметр.

Измерение сопротивления изоляции мегомметром на напряжение до 2,5 кВт должно проводить обученное лицо из числа электротехнического персонала с квалификационной группой по электробезопасности не ниже III.

В процессе измерения сопротивления изоляции кабеля прикасаться к нему и кабеленаматывателю запрещается.

После измерения сопротивления изоляции необходимо снять остаточный заряд с обмотки погружного электродвигателя и жил кабеля на землю.

Измерение мегомметром и снятие остаточного заряда следует проводить в диэлектрических перчатках.

Все работы по монтажу, проверке, регулировке, снятию на ремонт и установке измерительных приборов и реле, смене предохранителей, выявлению и устранению неисправностей в станции управления, а также переключению отпаек автотрансформаторов (трансформаторов) должны проводиться только при выключенной установке бригадой электромонтеров не менее двух человек с квалификационной группой по электробезопасности старшего не ниже IV, другого - не ниже III.

Все работы с подключенной к сети станцией управления следует проводить в диэлектрических перчатках.

Перед подъемом погружного агрегата кабель должен быть отсоединен от станции управления.

Перед отсоединением кабеля от погружного электродвигателя кабель должен быть ослаблен и свободно лежать на подставках.

Силовые насосы должны быть оборудованы электроконтактными и показывающими манометрами.

Насосы должны быть снабжены предохранительным клапаном, оттарированным на максимальное рабочее давление. Жидкость из предохранительного клапана должна отводиться на прием насоса или в сепаратор. На линии отвода жидкости от предохранительного клапана не должно быть запорной арматуры.

Все оборудование и трубопроводы рабочей жидкости должны быть опрессованы давлением, превышающим рабочее в 1,5 раза. Опрессовка проводится с выдержкой в течение 20 минут. Течь и потение не допускается.



Выводы по проекту

В данном проекте был рассмотрен вопрос автоматизации пункта водоснабжения «Мышанка» г. Барановичи. Основой проекта стал выбор системы электропривода, рода тока и напряжения питающей сети. После детального изучения технической возможности данной местности и экономических данных я произвёл выбор основного (главного) электрооборудования, а именно погружного центробежного насоса ЭЦВ 8-40-70, который полностью обеспечит потребность данного участка водоснабжения в воде. Основной и главной целью теперь являлась разработка схемы автоматизации, и максимального исключения работы, которую должен выполнять человек. В результате выбор остановился на измерителе - регуляторе микропроцессорном, одноканальном ТРМ 1. Прибор обладает улучшенными характеристиками:

* высокая помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям;

* увеличенный срок гарантии, гарантийный срок обслуживания составляет 5 лет;

* повышение универсальности прибора, позволяющее более гибко использовать приборы и уменьшить их номенклатуру за счет использования: универсальных входов; встроенного источника напряжения 24В для питания активных датчиков, выходных аналоговых устройств (ЦАП) или других низковольтных цепей АСУ. Измеритель-регулятор микропроцессорный одноканальный ТРМ 1 совместно с первичным преобразователем (датчиком) предназначен для измерения и регулирования давления и других физических параметров, значение которых внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения. В принципе, данный прибор - это тот же электроконтактный манометр, только более современный. Достоинством ТРМ 1 является большая точность показаний, лёгкость установки нужного параметра, универсальность. К недостаткам можно отнести использование датчиков давления, которые после грозовых проявлений атмосферы очень часто выходят из строя.