Электрооборудование и электропривод центробежного компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Салаватский индустриальный колледж

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Выполнил: Аминев Р. А.

Проверил: Кобякова Ф. А.

2005

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика центробежного компрессора

2. Характеристика окружающей среды компрессорной

3. Исходные данные проектирования

4. Расчет мощности электродвигателя компрессора

5. Обоснование и выбор системы электропривода компрессора

6. Расчет пусковой механической характеристики электродвигателя компрессора

7. Расчет механической характеристики компрессора

8. Расчет переходного процесса и времени разгона электродвигателя компрессора при пуске

9. Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты электропривода компрессора

10. Расчет и выбор марки кабеля к электродвигателю компрессора

11. Расчет освещения помещения и осветительной сети

12. Разработка и описание схемы управления электропривода компрессора

13. Монтаж и эксплуатация электрооборудования компрессора

14. Мероприятия по охране окружающей среды

Заключение

Литература

Введение

Насосы и компрессоры - это машины, служащие для подачи жидкостей и газов. Насосами называют машины для подачи жидкостей, а компрессорами - машины для подачи и сжатия газов.

История создания компрессоров уходит в далекое прошлое. Мех и опахало применялись как нагнетатели воздуха еще много веков тому назад. С их помощью при выплавке металла и кузнечных работах воздух подавали в печи и горн. Еще в XVIII веке на металлургических заводах для подачи воздуха в доменные печи использовались ящичные меха, приводимые в действие водяными колесами.

В 1763 году русский механик-самоучка И. И. Ползунов разработал конструкцию поршневой цилиндрической воздуходувки с приводом от паровой машины, которую он впервые в истории предложил использовать для обслуживания рудоплавильного производства металлургического завода.

В 1832 году русский инженер А. А. Саблуков изобрел центробежный вентилятор, положивший начало применению центробежных машин в горнорудной и металлургической промышленности.

В создании и совершенствовании компрессоров и насосов важную роль сыграли русские ученые. Член Российской Академии наук Л. Эйлер разработал теоретические основы работы лопаточных машин. Профессор Н. Е. Жуковский создал теорию гребного винта, на основе которой рассчитываются и конструируются осевые вентиляторы и насосы. Тем не менее, в царскую Россию насосы и компрессоры ввозили из-за границы.

Сейчас компрессорные и насосные установки широко применяются в водоснабжении городов, гидротехнических сооружениях, нефтяной, металлургической, горнорудной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Среди потребителей насосов и компрессоров одно из первых мест занимают химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли промышленности. Производственный процесс на заводах химического профиля связан с непрерывной перекачкой больших количеств жидких и газообразных веществ, осуществляемой насосами и компрессорами. Кроме того, большинство продуктов, вырабатываемых на предприятиях этих отраслей промышленности, получают или под повышенным давлением или под вакуумом, для создания которых также необходимы насосы и компрессоры.

В настоящее время химическая промышленность снабжается высокопроизводительными и экономичными компрессорами и насосами с деталями из коррозионно-стойких материалов, работающие без смазки цилиндров. Все большее применение находят горизонтальные компрессоры со встречно движущимися и свободно движущимися поршнями, а также многоступенчатые компрессорные установки комбинированного сжатия газа в центробежных и поршневых компрессорах большой производительности. Насосные и компрессорные установки снабжаются системами автоматического и дистанционного управления.

1. Краткая характеристика центробежного компрессора

Компрессором называют энергетическую машину для перемещения и повышения давления газов не ниже 0,015МПа по трубопроводам.

Принцип действия центробежного компрессора основан на том, что давления газа создаётся за счёт центробежных сил, возникающих во вращающемся газовом потоке. Кинетическая энергия, сообщаемая газам рабочим колёсам, превращается в энергию давления. Центробежные компрессоры распространены на современных укрупненных установках нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Они имеют следующие преимущества по сравнению с поршневыми компрессорами: газ не загрязняется маслом, так как оно подаётся только в подшипники; благодаря большой частоте вращения достигается высокая производительность; плавный ход и отсутствие вибраций позволяют сооружать более лёгкие фундаменты; в связи с равномерной подачей газа отпадает необходимость в ресиверах; более лёгкие условия эксплуатации, простота конструкции. К недостаткам центробежных компрессоров можно отнести ухудшение технико-экономических показателей при увеличении степени сжатия.

Центробежные компрессоры могут быть с горизонтальным и вертикальным разъёмом корпуса и отличаются диапазоном создаваемых давлений. Для увеличения давления сжимаемого газа применяют многоступенчатые центробежные компрессоры.

Марка компрессора 2ЦЦК-10/300-12/10, изображенного на рисунке 1, означает: центробежный циркуляционный компрессор на второй базе производительностью 10 м ? /мин по условиям всасывания, сжимающий газ с давления на всасывании 290 ат, число ступеней компрессора 12 или 10. Компрессор 2ЦЦК-10/300-12/10 состоит из трех основных узлов: корпуса высокого давления 4, специального АД 3 и собственно компрессора. Корпус высокого давления 4 представляет собой толстостенный цельнокованый цилиндр. С торцов к корпусу через алюминиевые прокладки на шпильках 8 крепятся толстостенные крышки 2 и 6. Обе крышки имеют центральные отверстия: передняя - для подвода осушенной азотоводородной смеси и кабелей электровводов 1, задняя - для вывода сжатого газа. Циркуляционная газовая смесь подается через два боковых отверстия в корпусе, заполняет его, проходит между стенкой корпуса и ребрами электродвигателя, охлаждая последний, и через входное устройство засасывается компрессором. Сжатый газ нагнетательным патрубком 7, выходящим через центральное отверстие задней крышки 6, отводится из корпуса. У задней крышки корпуса внизу имеется отверстие для слива конденсата.

Рисунок 1 - Компрессор 2ЦЦК-10/300-12/10 в корпусе высокого давления.

2. Характеристика окружающей среды компрессорной

Азот - химический элемент, бесцветный газ, без запаха и вкуса, негорюч. Азот обладает следующими, физико-химическими свойствами: легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м ?, tпл=209,86°С, tкип=195,8°С, tкрит=-147,1°С, Ркрит=3,39 МН/м?, растворим в воде, основная часть добываемого азота используется для промышленного производства аммиака, который в значительных количествах перерабатывается в удобрения, азотную кислоту, взрывчатые вещества.

Водород - химический элемент, газ без цвета, запаха и вкуса, мало растворим в воде. Обладает следующими физико-химическими свойствами - легчайший элемент из всех известных, плотность 0,0899 г/л при 0°С и 1 атм, tкрит=-240°С, Ркрит=12,8 атм. Взрывоопасность: пределы нижний 4%, верхний 94%.

Помещение компрессорной - помещения, где могут образоваться взрывоопасные смеси. Такие помещения относятся к помещениям категории ВI. Это такие помещения, в которых выделяются горючие газы и пары ЛВЖ, в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных не длительных режимах работы. В помещениях класса BI устанавливают электрооборудование общепромышленного исполнения.

1ExdIIAТ1:

1 - уровень взрывонепроницаемой оболочки - взрывобезопасная;

Ех - знак принадлежности ГОСТу;

d - взрывонепроницаемая оболочка - защитная оболочка выдерживает давление взрыва внутри нее и предотвращает распространение взрыва из оболочки в окружающую среду.

IIA - категория ПГВ - смеси БЭМЗ > 0,9 мм

Т1 - группа ПГВ - смеси t = ?450C

Так как аппараты управления и защиты располагаются в операторной, то можно использовать степень защиты IP00, для освещения - IP54.

IP54:

IP - электрооборудование общепромышленного назначения;

5 -защита электрооборудования от вредных отложений пыли, полная защита обслуживающего персонала;

4 - защита от брызг воды любого направления.

3. Исходные данные проектирования

Тип - 2ЦЦК-10/300-12/10;

Сжимаемая среда - азотно-водородная смесь;

Производительность - 10,65 м³/мин

Давление нагнетания - 31,9 МПа

Частота вращения - 5600 об/мин

Размеры помещения - А ·В ·Н = 42 ·26 ·10, м

Длина кабеля - 200 м

Тип трансформатора - см. таблицу 1

Таблица 1 - Данные трансформатора

Тип	Sном, кВА	U, кВ	Потери, кВт	Uкз, %	Iхх, %
ТМ-6300/10	6300	ВН	НН	Рхх	Ркз	7,5	0,8
		10	6,3	7,4	46,5

4. Расчет мощности электродвигателя компрессора

Целью расчета является определение мощности электродвигателя центробежного компрессора по следующим данным:

Q = 10,65 м³/мин; Р_н = 31,9 МПа; Z = 10.

Мощность электродвигателя для привода центробежных компрессоров определяем по следующей формуле, кВт:

Р_д=

где з_инд = 0,6 + 0,8 - индикаторный КПД цикла сжатия;

з_мех = 0,88 + 0,92 - механический КПД;

з_пер = 0,98 - КПД передачи с вала электродвигателя на вал компрессора;

т = 1,25 - показатель степени политроны;

Р₁ = 101325 + 101325 = 202650Па - абсолютное давление всаса;

Р₂ = 319000000+101325 = 319101325Па - абсолютное давление нагнетания;

Q = 10,65 м³/мин = 0,1775 м³/с производительность компрессора;

К_З = 1,1 + 1,2 - коэффициент запаса;

Z - число ступеней сжатия.

Р_д= = 508,4 кВт.

Расчетная мощность электродвигателя компрессора составляет 508,4кВт.

5. Обоснование и выбор системы электропривода компрессора

Электропривод компрессора выбирается исходя из требований предъявляемых к компрессорам.

Центробежные компрессоры работают в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой.

Условие выбора: Р_ном.дв. ? 508,4кВт

Для осуществления частоты вращения 5600об/мин необходимо применить мультипликатор с передаточным числом 1,86, определенным по формуле:

i_n=, (2) [ 5 ]

где i_n - передаточное число мультипликатора;

n_к - частота вращения компрессора;

n_дв - частота вращения двигателя,

з_{мультипл.}=0,98.

Конструктивное исполнение зависит от характера окружающей среды. Так как компрессор сжимает азотоводородную смесь, которая является взрывоопасной, все электрооборудование выполняется взрывозащищенным.

Должно выполняться условие w_ном ? w_к. Для электроприводов центробежных компрессоров применяются быстроходные электропроводы, то есть синхронные. Так как Р=508,4кВт, то выбираю высоковольтный СД.

Так как компрессор пускается под нагрузкой, то выбранный электродвигатель должен иметь повышенный пусковой момент.

Технические данные электродвигателя выбранного из расчетов и особенностей, сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Технические данные выбранного электродвигателя.

Тип	Рном, кВт	U, кВ	n, об/мин	cosц	J, кгм2	з	Пусковые характеристики
СТДП	630	10	3000	0,9	53	0,965	6,48	2,07	2,24	1,27

Выбранный двигатель необходимо проверить на перегрузочную способность и осуществимость пуска.

1. Двигатель проверяется на перегрузочную способность по следующему выражению:

М_мах ? М_ст.ном [ 5 ]

где М_мах - максимальный момент электродвигателя, Нм;

М_ст.ном - номинальный статический момент, Нм.

Определяется номинальный момент электродвигателя, Нм, по формуле:

 (3) [ 5 ]

Определяется максимальный момент вала электродвигателя, Нм, по формуле:

М_мах = 2,24 М_ном

М_мах = 2,24 2005,5=4492,32 Нм

Определяется номинальный статический момент, Нм, по формуле:

при пуске компрессор загружен на 80%

М_ст.ном = 9550 (4) [ 5 ]

М_ст.ном = 9550 = 1294,725 Нм

4492,32 > 1294,725

Условие выполняется.

2. Выбранный электродвигатель проверяется на осуществимость пуска, по выражению:

М_пуск. ? М_ст.о [ 5 ]

где М_пуск. - пусковой момент двигателя, Нм;

М_ст.о - пусковой статический момент, Нм.

Определяется пусковой момент двигателя, Нм, по формуле:

М_пуск = 2,07 М_ном

М_пуск = 2,07 2005,5 = 4151,385 Нм

Определяется пусковой статический момент, Нм, по формуле:

М_о = 9550 (5) [ 5 ]

М_о = 9550 =80,92Нм

4151,385 > 80,92

Условие выполняется.

Выбранный электродвигатель удовлетворяет условиям выбора.

6. Расчет пусковой механической характеристики электродвигателя компрессора

Целью расчета является определение зависимости w=f(M) для построения пусковой механической характеристики электродвигателя компрессора. Исходными данными для расчета являются технические данные выбранного электродвигателя и результаты расчетов пункта 5.

Определяется номинальная угловая скорость вала электродвигателя, рад/с, по формуле:

, (6) [5]

где: - частота вращения двигателя, об/мин.

рад/с

Определяется значение момента вхождения двигателя в синхронизм, Нм, по формуле:

М_ВХ = М_S-0,05 = 1,27 М_НОМ

М_ВХ =1,27 2005,5 = 2546,985 Нм

Определяется критическое скольжение по формуле:

(7) [5]

где: М_ВХ - момент вхождения двигателя в синхронизм, Нм;

М_пуск - пусковой момент двигателя, Нм.

Определяется критический момент, Нм, по формуле:

(8) [5]

Нм

Уравнение для построения механической характеристики электродвигателя (упрощенная формула Клосса) имеет следующий вид:

(9) [5]

где: Мкр - критический момент;

S - скольжение;

Sкр - критическое скольжение;

Для каждого значения скольжения рассчитывается момент:

Определяется значение скорости для каждого значения скольжения, рад/с, по формуле:

(10) [5]

Определяется значение скорости:

Данные расчета для построения пусковой механической характеристики электродвигателя компрессора сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Исходные данные для построения пусковой характеристики

S	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,29	0,2	0,1	0
W рад/с	0	31,4	62,8	94,2	125,6	157	188,4	219,8	222,94	251,2	282,6	314
M кН·м	4151,69	4531,1	4973,24	5489,57	6081,12	6735,68	7374,9	7755,05	7759,511	7253,23	4782,73	0

Пусковая механическая характеристика электродвигателя компрессора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Пусковая механическая характеристика электродвигателя компрессора.

7. Расчет механической характеристики компрессора

Целью расчета является расчет данных для построения механической характеристики электродвигателя компрессора.

Исходными данными для расчета являются технические данные выбранного электродвигателя и результаты расчетов пунктов 5 и 6.

Механическая характеристика строится по формуле Бланка:

, (11) [ 5 ]

где: х - показатель степени для центробежных машин равен 2;

Мст0=80,92 Нм - пусковой статический момент, из пункта 5;

Мстном=1294,725 Нм - номинальный статический момент, из пункта 5.

Значения скорости при изменении скольжения принимаются из пункта 6.

Данные для построения механической характеристики электродвигателя компрессора сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Исходные данные для построения механической характеристики электродвигателя компрессора

S	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,29	0,2	0,1	0
W рад/с	0	31,4	62,8	94,2	125,6	157	188,4	219,8	222,94	251,2	282,6	314
Мст Н·м	80,92	93,05	129,47	190,16	275,12	384,37	517,89	675,68	692,8	857,75	1064,1	1294,725

График зависимости М_ст(W) изображен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Механическая характеристика компрессора

8. Расчет переходного процесса и времени разгона электродвигателя компрессора при пуске

Целью расчета является рассчитать и построить графики зависимостей W(t) и M(t). Исходные данные для расчета приведены в таблицах 2 и 3.

Определяется динамический момент, Н·м, для построения зависимости М_д(w) по уравнению движения электропривода (рисунок 4):

, (12) [5]

где: М - момент, который развивает двигатель,

М_ст - момент, создаваемый посторонним источником механической энергией,

Механическая характеристика w(М_д) представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Механические характеристики электродвигателя центробежного компрессора.

Механическая характеристика М_д делится на малые участки (рисунок 4), где условно можно считать, что .

Определяется на этих участках средний динамический момент:

Определяется на участках, с, по формуле:

, (13) [5]

где: J - момент инерции, кгм², определяется по формуле:

J=J_дв +J_мех.пр = J_дв + 1,2 J_дв= 2,2 J_дв (14) [3]

где: J_дв - момент инерции двигателя, кгм²; J_мех.пр=(1,2-1,4) J_дв - приведенный к валу двигателя момент инерции механизма, кгм².

J =2,253=116,6 кгм²

Определяется время переходного процесса, с:

Все данные для построения графиков переходных процессов сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Данные для построения графиков переходных процессов.

tпп, с	7,74	5,78	5,06	4,52	4,01	3,49	2,94	2,34	2,28	1,64	0,86	0
W рад/с	314	282,6	251,2	222,94	219,8	188,4	157	125,6	94,2	62,8	31,4	0
M Н·м	2546,985	4782,73	7253,23	7759,511	7755,05	7374,9	6735,68	6081,12	5489,57	4973,24	4531,1	4151,69

Графики зависимостей М(t_пп) и W(t_пп) построены на рисунках 5 и 6.



Рисунок 5 - График зависимости М(t_пп).

Рисунок 6 - График зависимости w(t_пп).

9. Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты электропривода компрессора

Целью расчета является выбор аппаратуры управления и защиты электропривода компрессора. Исходные данные - данные пунктов 4 и 5.

Условия выбора и выбор вакуумного выключателя представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Выбор и проверка вакуумного выключателя ввода

Порядок	Данные выключателя ВВТЭ-10-20/630
	Номинальные	Формула	Расчётные
Выбор	Uна=10кВ Iна=630 А	UнаUн.уст Iна Iр.уст	Uн.уст=10кВ Iр.уст=41,8А
Проверка	Iно = 20кА Iн.т.с. = 20кА tн.т.с.=3с. iн.дин = 52кА	Iно Iр.отк. Iн.т.с. iн.дин iу.р	Iр.отк= Iу=4,52кА =1,17кА iу.р.=11,325кА
Заключение	Выключатель пригоден для применения, так как проходит по условиям выбора.

t_пр.п =0,2сек, из пункта 10. Выбираем трансформаторы тока и напряжения для подключения цепей защиты, амперметров и счетчиков активной и реактивной энергии. Условия выбора и выбор трансформатора тока представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Выбор и проверка трансформатора тока

Порядок	Данные трансформатора ТЛМ-10-1
	Номинальные	Формула	Расчётные
Выбор	Uн.т.т=10кВ Iн.т.т=100 А S2ном=10ВА	Uн.т.тUн.у. Iн.т.т Iн.у. S2ном S2р	Uн.уст=10 кВ Iн.у.=41,8 А S2р=8,5 ВА
Проверка	Iдин= 20кА Iтер = 10кА tтер = 3сек	Iдин >tу.р. Iтер ?·tтер >Iк-2 ?·tпр.п	tу.р. = 11,325кА Iк-2 = 4,52кА
Заключение	Трансформатор тока пригоден для применения, так как проходит по условиям выбора.

Условия выбора и выбор трансформатора напряжения представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Выбор и проверка трансформатора напряжения

Порядок	Данные трансформатора НОМ-10-66-У2(Т2)
	Номинальные	Формула	Расчётные
Выбор	Uн.т.н=10кВ	Uн.т.нUн.у.	Uн.у.=10кВ
Проверка	S2ном=10ВА	S2р S2ном	S2р=8,5ВА
Заключение	Трансформатор напряжения пригоден для применения, так как проходит по условиям выбора.

Окончательно выбираем трансформатор тока ТЛМ-10-1 и напряжения НОМ-10-66-У2(Т2).

По данным рассчитанным в 1 и во 2 пунктах выбираем комплектное распределительное устройство серии К-Х (К-ХХI) который имеет следующие технические данные:

Номинальное напряжение, кВ 10;

Номинальный ток, А:

шкафов 800;

сборных шин 2000;

Ток динамической устойчивости, кА 100;

Ток термической устойчивости, кА:

шкафов с I_ном до 800 А 38,5;

шкафов с I_ном 1000 38,5;

Тип выключателя ВВТЭ-10-20/630 с приводом типа ЭМ;

Номинальная мощность отключения при 10 кВ, МВА 630;

Предельный ток отключения, кА 38,5;

Собственное время отключения, сек 0,06;

Время включения выключателя, сек не более 0,3;

Время горения дуги при токах более 10 кА, сек 0,010,02;

Тип трансформатора тока ТЛМ-10-1;

Тип трансформатора тока для защиты от замыканий на землю ТЗЛ;

Тип трансформаторов напряжения НОМ-10-66-У2(Т2);

Тип предохранителей ПКТ-10;

Тип проходных изоляторов П-10/600-750;

Тип опорных изоляторов ОМД-10;

Система сборных шин Одинарная;

Максимальное количество, шт., и сечение силовых кабелей в шкафу, мм² 4 (3240); Максимальное количество контрольных кабелей в шкафу, шт. 6. Выбираем аппараты защиты. Определяем пусковой ток синхронного двигателя:

, А (15) [16]

где: К_п = 6,48 - кратность пускового тока;

I_Н - номинальный ток электродвигателя, А.

А

Ток короткого замыкания на зажимах синхронного двигателя, из пункта 10: , А. Определяем ток срабатывания защиты отсечки:

, А (16) [16]

где: К_н = 1,4 - коэффициент надежности для РТ-40.

А

Определяем ток срабатывания защиты реле отсечки:

, А (17) [16]

где: К_сх = - коэффициент схемы; К_тт = 20 - коэффициент трансформации.

А

Выбираем тип реле для отсечки учитывая величину I_ср = 32,83 А, выбираем реле РТ40/50 по [16] и для установки на реле принимаем I_ср = 50 А, тогда ток срабатывания защиты:

А

Проверяем чувствительность отсечки:

Согласно ПУЭ К_ч должна быть больше 2, таким образом токовая отсечка удовлетворяет требованиям чувствительности: К_ч = 3,94>2. Для выполнения защиты от однофазных замыканий на землю выбирали трансформатор ТЗЛ-10-50/5 и реле РТ40/0,2, принимая за величину тока срабатывания защиты I_сз = 10 А. Определяем ток срабатывания МТЗ от перегрузки:

, А (18) [16]

где: К_в = 0,85 - коэффициент возврата реле.

А

Определяем ток срабатывания реле МТЗ от перегрузки:

А

Выбрали тип реле МТЗ от перегрузки. Для МТЗ от перегрузки синхронного двигателя учитывая I_ср = 5,1 А, выбираем реле типа РТ40/6 которое включается в нулевой провод схемы нулевых цепей. Реле действует на отключение синхронного двигателя с выдержкой времени, которую обеспечивает реле времени Е513 (660с), выдержка времени t = 10с по[16]. Защиту синхронного двигателя от асинхронного режима совмещаем с защитой от перегрузки, тем более, что ток срабатывания ее определяется по формуле I_сза=1,3I_н=41.81,3=54,34 примерно равен МТЗ от перегрузки А. Для защиты синхронного двигателя от потери питания принимаем напряжение срабатывания защиты:

кВ (19) [16]

Напряжение срабатывания реле:

В

Для защиты принимаем реле минимального напряжения РН54/160 по [16] защита действует на отключение синхронного двигателя с выдержкой времени. Для защиты синхронного двигателя от потери питания выбираем выдержку времени t = 0,5с, а для её обеспечения реле времени постоянного тока ЭВ-112 с пределом уставки 0,10,3с по [16]. Составили схему защиты в графической части. Результаты расчетов сведены в таблицу 8.

Таблица 8 - Результаты расчетов защиты.

10. Расчет и выбор марки кабеля к электродвигателю компрессора

Целью расчета является выбор марки и сечения кабеля к электродвигателю. Исходные данные для расчета - пункт 5.

Определяется номинальный ток электродвигателя, А, по формуле:

, (20) [10]

где: Р_ном - номинальная мощность электродвигателя, кВт; U_ном - номинальное напряжение, кВ; cos_ном - коэффициент мощности; _ном - коэффициент полезного действия электродвигателя.

Для прокладки кабеля в коробе, согласно [10] выбрал кабель с бумажной изоляцией марки СБ на номинальное напряжение 10 кВ при номинальном напряжении рассчитываемой сети 10 кВ.

Условие выбора выполняется

U_{каб. ном} = 10 кВ = 10 кВ = U_с

Выбираем сечение кабеля по условию нагрева длительным током, которым является номинальный ток электродвигателя центробежного компрессора, т.е I_р= I_ном=41,8 А.

, (21) [10]

где: К - поправочный коэффициент на условия прокладки кабеля.

При прокладки кабеля в коробе с температурой окружающей среды +30С К=0,85.

А

Согласно ПУЭ четырёхжильный кабель с медными жилами сечением S=16 мм², I_{ном. доп}= 95 А. Проверяем выполнение условия выбора:

I_{ном. доп}= 95 А 49,1 А =,

Условие выполняется.

Проверим выбранное сечение кабеля на условия соответствия экономической плотности тока:

(22) [ 10 ]

где: - сечение кабеля выбранное по экономической плотности тока; 16>13,9 - условие выполняется.

Определяем сечение кабеля, обеспечивающего минимальные потери U, мм²:

мм² (23) [ 10 ]

где: Р - мощность передаваемая по кабелю, кВт;

- длина кабеля, м;

- удельная проводимость материала проводника;

= 5%U_н /100%=5% · 10000/100%=500 - допустимая потеря U, В;

U_н - номинальное напряжение, кВ.

Проверка: Sпр=16мм² >0,475 мм² =Smin - выполняется.

Определяем фактические потери U:

Проверяем выполнение условия выбора:

5% > 0,14%

Условие выполняется.

Потеря напряжения не превышает допустимой величины.

Проверим выбранный кабель на стойкость к токам короткого замыкания, для этого осуществим расчет токов короткого замыкания в следующем порядке.

На основании анализа принципиальной схемы электроснабжения электродвигателя составим расчетную схему и нанесем на нее точки короткого замыкания.

На основании расчетной схемы, составим схему замещения и после расчета нанесем на нее значения сопротивлений отдельных элементов цепи, на ней также отметим точки коротких замыканий.

Принимаем базисную мощность равную S_б=100МВА и приводим к ней все относительные сопротивления схемы замещения.

Определяется сопротивление трансформатора

, (24) [ 10 ]

где: U_К% - напряжение короткого замыкания;

S_нт - номинальная мощность трансформатора., МВА;

Определяется сопротивление кабельных линий по формуле:

, (25)

где: l - длина кабеля, км;

Х₀ - удельное сопротивление кабельных линий.

Определяется активное сопротивление кабельной линии, Ом, по формуле:

, (26)

где: - удельная проводимость меди.

Определяется R₂ в относительных единицах, по формуле:

Определяется полное сопротивление кабельной линии, по формуле:

, (28)

Определяется сопротивление двигателя по формуле:

Х₃=Х*, (29)

где: S_н - полная мощность двигателя, МВА;

Х₃=0,2

Определяется базисный ток, А, по формуле:

,

Определяются токи и мощность коротких замыканий в точках, указанных на схеме. Определяется результирующее сопротивление короткозамкнутой цепи по формуле:

Х_к-1=Х₁=1,2

Определяется периодическая составляющая тока короткого замыкания, А, по формуле:

(31)

Определяется ударное значение тока короткого замыкания, А, по формуле:

i_уК-1=К_у, (32)

где: К_у - ударный коэффициент [9]

i_уК-1=1,8=11,5кА

Определяется мощность короткого замыкания, МВА, по формуле:

, (33) [9]

где: S_б - базисная мощность, МВА;

z_рез - результирующее сопротивление цепи.

МВА

Точка К-2.

Определяется сопротивление короткозамкнутой цепи, по формуле:

(34) [9]

Определяется периодическая составляющая тока короткого замыкания, А, по формуле:

(35) [9]

Определяется ударное значение тока короткого замыкания, А, по формуле:

i_уК-1=К_у, (36) [9]

где: К_у - ударный коэффициент [9]

i_уК-1=1,8=11кА

Определяется мощность короткого замыкания, МВА, по формуле:

, (37) [9]

где: S_б - базисная мощность, МВА;

z_рез - результирующее сопротивление цепи.

МВА

Точку К-2 подпитывает двигатель, при остановке он генерирует к месту к.з. дополнительные токи, которые необходимо учесть, для этого:

Определяется ток подпитки, А, по формуле:

, (38) [10]

где: I_НМ - номинальный ток двигателя, А.

А

Определяется ударный ток от синхронного двигателя, А, по формуле:

, (39)

где: К_У - ударный коэффициент =1 .

А

Определяется ток короткого замыкания в точке К-2 по формуле:

 А

А

Определяется мощность короткого замыкания, МВА, по формуле:

, (40)

МВА

Определяется минимальное сечение кабеля:

Smin=

Проверка выбранного сечения кабеля по условию Sн > Smin:

16 > 14,36 - условие выполняется.

Расчётное время действия тока короткого замыкания t_пр = 0,2 с.

Проверка действия токов коротких замыканий на кабель приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Проверка действия токов коротких замыканий на кабель СБ - 316 - 10

Порядок	Данные кабеля СПГ - 316- 10
	Номинальные	Формула	Расчётные
Выбор	UНК=10кВ Iнк=60 А	Uнк=Uн.уст Iнк Iн.уст	Uн.уст=10кВ Iн.уст=41,8А
Проверка	Sн=16 мм2	Sн Smin
Заключение	Кабель пригоден для прокладки, т.к. удовлетворяет условиям выбора

Окончательно принимаю трехжильный кабель марки СБ, сечением , с длительно допустимым током , на напряжение .

11. Расчет освещения помещения и осветительной сети

Целью расчета является выбор освещения и осветительной сети помещения компрессорной с размерами помещения А·В·Н = =42·26·10, м. Высота рабочей поверхности 0,8м.

В качестве источника света выбирается ДРЛ (дуговые ртутные лампы). Выбор обоснован преимуществами этих ламп: экономичность, большой срок службы, большая мощность и хорошее освещение при большой высоте подвеса светильников.

Выбирается система общего освещения с равномерным размещением светильников. Предусматривается рабочее и аварийное освещение.

Норма освещенности для машинных залов составляет Е_норм = 150 лк (К_з - 1,5) [8].

Класс светораспределения - П(прямого света), форма КСС - К(концентрированный), способ установки - подвесные. Выбираем тип светильника: РСП08 400-008-УХЛ4 (IP - 54, форма КСС - К1, способ установки - С).

РСП 08400 - 008 - УХЛ4

Обозначает источник света(Н - ЛН; Р - ДРЛ; Л - ЛЛ; И - кварцевые галогенные ЛН; Г - ртутные лампы типа ДРИ; Ж - натриевые; К - ксеноновые).

Обозначает способ установки светильника(С - подвесные; П - потолочные; Б - настенные; В - встраиваемые; Т - напольные).

Буква обозначающая основное назначение светильника (П - пром. предприятия; О - общественные здания Р - рудники и шахты; У - наружное освещение; Б - бытовые помещения)

(01 - 99) номер серии.

Число ламп в светильнике (для 1-го опускается).

Мощность лампы в Вт.

(001 - 099) номер модификации.

Обозначение климатического исполнения и категория размещения светильника (У - умеренный; 1 - открытый воздух; 2 - под навесом; 3 - закрытые не отапливаемые помещении 4 - в закрытых отапливаемых; 5 - в сырых).

Размещение светильников:

Показатель помещения:

центробежный компрессор электропривод двигатель

,

где: Н_Р - высота подвеса - расстояние от светильника до рабочей поверхности, м;

А - длина помещения, м;

В - ширина помещения, м.

, (41) [8]

где: Н - высота помещения, м;

h_р = 0,8 - высота рабочей поверхности, м;

h_с - высота подвеса светильников, м;

h_с = (0,5 - 0,7), м - промышленные здания.

Н_Р = 10 - (0,8 + 0,7) = 8,5 м

(42) [8]

Зная i, Н_Р , форму КСС и учитывая, что с_ст = 0,5; с_р = 0,3; с_пот = 0,7. Определим значение коэффициента использования [8] u = 0,96.

Определяется наивыгоднейшее количество ламп необходимое для помещения, ламп, по формуле:

, (43) [8]

где: n_A -количество ламп по длине, определяется по формуле:

, (44) [8]

где: А - длина помещения, м;

L/H_p = 0,9 L =0,9·8,5 = 7,65 м - наивыгоднейшее расстояние между светильниками;

l = 0,5 · L = 0,5 · 7,65 =3,825 м - расстояние от крайнего ряда светильников до стен.

Принимаем 5 ламп.

n_B - количество ламп по ширине, определяется по формуле:



Принимаем 3 лампы.

Определяется расстояние между лампами, м:

(45) [8]

(46) [8]

Определяется световой поток лампы, лм, по формуле:

, (47) [8]

где: E_min - норма освещенности, Лк;

S - площадь помещения, ;

Z - коэффициент минимальной освещенности;

К₃ - коэффициент запаса;

u - коэффициент использования;

n - количество светильников.

По расчетному световому потоку выбирается значение номинального светового потока: Ф=23000лм [8]

Определяется мощность всех ламп, Вт, по формуле:

=15400=6000Вт (48) [8]

Точечным методом проверяется расчет освещенности.

На плане, рисунок 8, отмечается точка А, освещенность которой может оказаться наименьшей.

Определяется расстояние от ближайших источников света до точки А:

е₁=2лк; е₂=0лк; е₃=0 лк - освещенности с разных расстояний.

Определяется суммарная условная освещенность:

Проверка:

,

где: м = 1,2 - необходимая плотность светового потока.

Условие =(-10%; +20%) Е_min-выполняется

Вывод: проверочный расчет показал, что освещенность допустимо меньше заданного и удовлетворяет нормам освещения.

Для аварийного освещения выбираются лампы накаливания типа НСП17 с КСС К1, защитой IP54 мощностью Р=500Вт для эвакуации.

Определяется норма освещенности для аварийного освещения, лк, по формуле:

(49) [8]

Фавар=Е·S=7,5·1092=8190Лм-световой поток.

Определяется коэффициент использования светового потока[8]: u=0,812

Определяется количество ламп для аварийного освещения, ламп, по формуле:

(50) [8]

Окончательно принимаем 2 лампы для аварийного освещения.

Выбираем аппаратуру управления освещением и составляем схему питающей и групповой электросети осветительной установки.

Определяется общий ток всех линий, А, по формуле:

, (51) [8]

где: - мощность всех ламп, кВт;

U - напряжение питающей сети, В;

- КПД ламп.

Определяется сечение и марка провода[4, 11]: ПВВ 2·1,5-0,38.

Определяется ток одной линии, А:

(52) [8]

Для всей осветительной сети выбрали провод с медными жилами с поливинилхлоридной изоляцией марки: ПВВ 2·1,5-0,38.

Определяем питание освещения от двухтрансформаторной КТП. В качестве аппаратуры управления освещением выбираем щиток осветительный, предназначенный для взрывоопасного помещения ЩОВ-6УХЛ4.

Определяется суммарный момент, кВтм, по формуле:

0,46,75+0,419,35+

+0,431,95+0,444,55+0,457,15=63,91 кВт

Определяются потери напряжения по формуле:

, (53) [8]

где: С - коэффициент по справочнику;

s - сечение провода, .

Условие: ДU=0,55<5,5% выполняется.

Для освещения компрессорной выбрали светильники марки РСП08·400 - 008 - УХЛ4 и подводимый провод марки ПВВ с 2 медными жилами сечением 1,5 , на напряжение 380 В, щиток осветительный типа ЩОВ-6УХЛ4.

12. Разработка и описание схемы управления электропривода компрессора

В начале необходимо осуществить подготовку схемы к работе путем включения автоматического выключателя SF.

Ключ управления SA переводим в положение 1. При этом получает питание катушка контактора КМ, контактор замыкает свои силовые контакты в цепи соленоида включения YAC, который включает вакуумный выключатель, и на обмотку статора поступает трехфазное напряжение, и двигатель начинает разгон. Для отключения необходимо перевести SA в положение 2, при этом питание получает соленоид отключения YAT, который отключает вакуумный выключатель и двигатель отключается.

Включение и отключение двигателя контролируется реле давления KSP1 и KSP2.

При междуфазных коротких замыканиях срабатывает реле максимального тока 1КА и 2КА, при этом получает питание катушка промежуточного реле KL1, и катушка КН1, при этом замыкается соответствующий контакт в цепи лампы HLW и она загорается, одновременно KL1 своим контактом подает питание на соленоид отключения YAT, выключатель Q отключается.

При однофазном коротком замыкании контакт КА замыкается, получает питание катушка реле KН3, и КL1 при этом происходит отключение выключателя и загорается сигнальная лампа HLW.

При перегрузке срабатывает реле тока КА3 и своим контактом подключает к цепи питающего напряжения катушку реле времени КТ, при этом с выдержкой времени осуществляется замыкание его контакта, питание получает катушка реле KH2, и KL1 при этом происходит отключение выключателя Q и загорается сигнальная лампа HLW.

При понижении питающего напряжения срабатывает реле минимального напряжения KV1 или KV2, срабатывает контакт KV1 или KV2, при этом получает питание катушка реле времени КТ2, если напряжение не достигнет прежних значений, то произойдет отключение выключателя после замыкания контакта КТ2 и загорается лампа HLW.

Положение выключателя сигнализируется лампами: НLG - включен, HLR - выключен.

При неисправностях или авариях горит лампа HLW.

13. Монтаж и эксплуатация электрооборудования компрессора

СД переменного тока применяются для привода мощных компрессоров, характеризуемых большой продолжительностью работы. Частота вращения СД связана постоянным отношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина включена: рn = 3000 (где р -- число пар полюсов; n -- частота вращения).

Для компрессоров используют СД серий СД2, СДТП, СДН-2, СДНЗ-2 и СДЗ различных типоразмеров, имеющие большой диапазон мощности (132--4000 кВт) и частоты вращения (100-- 1500 мин^-1) при напряжении 380-6000 В.

Напряжение приводного двигателя принимают в зависимости от его мощности и напряжения сети энергосистемы, к которой подключена компрессорная станция.

Если питание компрессорной станции осуществляется от энергосети напряжением 3,6 или 10 кВ и мощность электродвигателей превышает 250 кВт, то следует устанавливать двигатели на том же напряжении. В этом случае отпадает необходимость сооружения понизительной трансформаторной подстанции и, следовательно уменьшаются затраты по сооружению компрессорной станции.

В зависимости от особенностей среды производственных помещений компрессорных станций в них устанавливают электродвигатели в том или ином конструктивном исполнении.

Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях с нормальной средой, обычно принимают в закрытом исполнении. Электродвигатели, устанавливаемые на открытом воздухе, следует принимать в закрытом исполнении, для низких температур - во влагоморозостойком. При установке приводных электродвигателей в особо сырых местах их принимают в капле- или брызгозащищённом исполнении с влагостойкой изоляцией. Исполнение электродвигателей, устанавливаемых во взрывоопасных помещениях, должно приниматься в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ).

Монтаж и эксплуатация камер КРУ.

КРУ - комплексное распределительное устройство - это устройство, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами, поставляемое, как правило, на место монтажа в собранном виде. Комплексное распределительное устройство бывает наружной установки(КРУН). Промышленностью выпускаются КРУ на напряжение 6-10кВ на токи 600, 1000, 1250, 1500, 2000 и 2750А. Камера состоит из трех отсеков: сборные шины РУ; трансформаторы тока и концевые муфты; выкатная часть (тележка с установленным на ней вакуумным выключателем). По окончании установки камеры монтируют сборные шины. После присоединения силовых и контрольных кабелей вкатывают тележку, проверяя совпадение низковольтных контактов тележки с контактами, установленными на релейном шкафу. При необходимости осмотра или ревизии тележку выкатывают из камеры. При осмотре КРУ без снятия напряжения запрещается проникать в камеру. Необходимо следить за тем, чтобы температура внутри помещений не превышала +40С. Особое внимание при осмотрах обращают на состояние контактных поверхностей, так как от них в значительной мере зависит надежность работы. Для контроля за температурой контактных соединений на них наклеивают термические индикаторы в виде пленок, цвет которых проверяют при осмотрах. График плановых осмотров КРУ устанавливает главный энергетик.

Силовые кабели.

Силовые кабели (рисунок10) предназначены для передачи по ним электрической энергии, используемой для питания электроустановок.

Рисунок 9 - Конструкция силового кабеля.

I - сечение силовых кабелей; а - двужильные кабели с круглыми и сегментными жилами; б - трех жильные кабели с поясной изоляцией я отдельными оболочками; в - четырехжильные кабели с нулевой жилой, круглой, секторной и треугольной формы; 1 - заполнитель; 2 - изоляция жилы; 3 - токопроводящая жила; 4 - оболочка; 5 - наружный защитный покров; 6 - экран на токопроводящей жиле; 7 - бронепокров; 8 - нулевая жала; 9 - поясная изоляция; II - силовой трехжильный кабель марки ААБ; 1 - токопроводящие жилы; 2, 4 - фазовая и поясная изоляция; 3 - наполнители; 5 - оболочка; 6 - защитный покров оболочки (подушка); 7 - броня из стальных лент; 8 - наружный защитный покров.

Прокладка кабелей внутри зданий осуществляют только бронированными кабелями без наружного горючего покрова и небронированные кабели с негорючей оболочкой. В помещениях с агрессивной средой применяют кабели в оболочках, стойких к воздействию этой среды. Кабели внутри зданий, в том числе и в производственных помещениях, прокладывают непосредственно по стенам, потолкам, балкам, фермам и другим строительным конструкциям или по предварительно установленным на опорных поверхностях кабельным конструкциям или лоткам. Во всех случаях кабели должны быть доступны для осмотра и ремонта при эксплуатации.

В сетях напряжением до 1000 В применяют прокладку кабеля на тросах как внутри помещений, так и снаружи. В помещениях тросы кренят к колоннам вдоль или поперек здания, а также между стенами. Вне помещений трос обычно натягивают между стенами зданий. В качестве несущего троса применяют стальные канаты, круглую горячекатаную сталь. Расстояние между анкерными креплениями несущего троса принимают не более 100 м, а между промежуточными креплениями от 12 до 30 м в зависимости от количества и сечения жил подвешиваемых кабелей. Расстояние между креплениями кабеля к несущему тросу устанавливают 0,8--1 м.

Раскатку, подъем и укладку кабелей в подвешенные к тросу кабельные конструкции выполняют с применением механизмов и приспособлений.

14. Мероприятия по охране окружающей среды

Для каждого вида или типа компрессора определены свои специфические условия эксплуатации и требования безопасности. При компримировании газа для получения взрывоопасной смеси нужно сильно разбавить газ воздухом. При повышении температуры увеличивается расход энергии на сжатие газа, снижается прочность металла, усиливается разложение смазочного масла и возникает опасность взрыва продуктов его разложения. Для устранения этих опасностей необходимы надежное охлаждение и правильная смазка.

Смазочные масла при перегреве подвергаются разложению с выделением водорода, предельных и непредельных углеводородов, образующих с воздухом взрывоопасные смеси. В компрессорах применяется водяное охлаждение. Боковые стенки цилиндров снабжаются водяной рубашкой, внутри которой протекает вода, отнимающая тепло от стенок цилиндра.

Для устранения колебаний в подаче газа или воздуха, а также для отделения влаги и охлаждения компримируемых продуктов между компрессором и магистралью устанавливают газосборники или воздухосборники.

Для обеспечения нормальной и безопасной работы компрессора на нем ставится арматура безопасности. На всех ступенях сжатия имеются предохранительные клапаны и манометры, термометры или другие приборы для измерения температуры сжатого воздуха или газа и охлаждающей воды. Обязательно наличие автоматического регулятора давления, который в случае возрастания давления выше допустимого останавливает компрессор.

В компрессорных, где компримируется газ, значительную опасность представляет возможность выделения его в помещение через неплотности в сальниках, фланцевых соединениях, вентилях и задвижках. Помещение газокомпрессорной оборудуется механической приточно-вытяжной вентиляцией. К обслуживанию компрессорных допускаются только лица, прошедшие специальное обучение и получившие удостоверение о его окончании.

Список литературы

1 Дуров В.С., Рахмилевич З.З. Эксплуатация и ремонт компрессоров и насосов, - М., Химия, 1980г.

2 Рахмилевич З.З., Мыслицкий Е.Н., Хачатурян С.А. Компрессорные установки в химической промышленности, - М., Химия, 1977г.

3 Месонжник М.Ш. Методическое руководство по курсовому и дипломному проектированию, - М.: 1973г.

4 Правила устройства электроустановок, -М.: Энергоатомиздат, 1986г.

5 Васин В.М. Электрический привод, -М., Высшая школа, 1984г.

6 Москаленко В.В. Электрический привод, -М., Высшая школа, 2000г.

7 Некпепаев Б.Н., Крючков ИЛ. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования, - М., Энергоатомиздат, 1989г.

8 Справочная книга по светотехнике под редакцией Айзенберга Р.Б., М., Энергоатомиздат, 1995г.

9 Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, - М.: Энергоатомиздат, 1989г.

10 Липкин Б.Ю.Электроснабжение промышленных предприятий и установок, - М., Высшая школа, 1990г.

11 Федоров А.А. Справочник: по электроснабжению и электрооборудованию, Т.1 и 7.2,- М., Энергоатомиздат, 1986г.

12 Ястребова Н.А., Кондаков А.И., Спектор Б.А. Техническое обслуживание и ремонт компрессоров, - М.: Машиностроение, 1991г.

13 Козлов В.А., Д.Л.Файбисович Справочник по проектированию электроснабжения городов, - Л., Энергоатомиздат, 1986г.

14 Дорошев К.И. Новые комплектные распределительные устройства до 35 кВ, - М., Энергия, 1972г.

15 Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий, - М., Высшая школа, 1982г.

16 Какаевицкий Л.И. Справочник РЗ и А, М., Энергия, 1972г.

17 Лаленков В.Н. Монтаж электрооборудования промышленных предприятий и установок, - Х.: Им. А.М. Горького, 1968г.

Приложение

Рисунок 2 - Пусковая механическая характеристика электродвигателя компрессора.

Рисунок 3 - Механическая характеристика компрессора

Рисунок 4 - Механическая характеристика w(М_д).



Рисунок 5 - График зависимости М(t_пп).

Рисунок 6 - График зависимости w(t_пп).

Размещено на Allbest.ru