97,2 А > 30,42 А.

Условие выполняется, принимаем выбранное сечение жилы, результаты расчетов заносим в таблицу 13.

Таблица 13 - Выбор сечения кабельных линий

Участок линии	Длина линии, м	Кол-во кабелей	Мощность, передаваемая по линии, кВA	Токовая нагрузка кабеля, A	Поправочный коэффициент	Сечение кабеля ААБлУ, мм2	Длительно допустимый ток кабеля, А
			в норм. режиме	в послеав. режиме	в норм. режиме	в послеав. режиме
КТП1-1	214	3	188	376	190	285	0,91	1,4	395+170	240	220	336
КТП1-5	114	2	55	110	83	167	0,972	1,523	325+116	115	112	175
КТП1-6	241	2	55	110	83	167	0,972	1,523	325+116	115	112	175
КТП1-7	388	2	55	110	83	167	0,972	1,523	325+116	115	112	175
КТП2-3	99	3	220	440	222	333	0,91	1,4	395+170	240	220	336
КТП2-4	68	1	60	-	91	-	1,08	-	325+116	115	124	-
КТП2-8	91	2	110	220	167	333	0,972	1,534	395+170	240	233	368
КТП3-2	117	3	205	410	207	311	0,91	1,4	395+170	240	220	336
КТП3-9	381	1	20	-	30	-	1,08	-	316+110	90	97	-
11-10	120	1	30	-	45	-	1,08	-	316+110	90	97	-
КТП3-11	1179	2	45	90	68	136	0,972	1,523	325+116	115	112	175

Допустимые потери напряжения для кабелей 0,4 кВ, по которым будет осуществляться проверка, составляют:

- в нормальном режиме ;

- в послеаварийном режиме допускается потеря напряжения дополнительно на 5%, т.е. .

Определение потери напряжения в кабельных линиях покажем на примере линии КТП1-1.

Потери напряжения в кабельной линии в нормальном режиме работы определяются по формуле (50): [12]

, (50)

где - расчетный ток в нормальном режиме работы [1]; - расчетный коэффициент; - расчетный коэффициент, определяемый по формуле (51):

(51)

 - номинальное напряжение сети, В; r0 и x0 - удельные сопротивления кабеля, которые зависят от сечения жилы, и выбираются по справочным данным, Ом/км; L - длина линии, км.

Тогда потери в нормальном режиме:

Проверяем полученные потери по допустимой потере напряжения по формуле (52):

(52)

4,65% < 5%.

Данное сечение удовлетворяет требованиям качества электрической энергии.

Проведем выбранного сечения по потере напряжения в послеаварийном режиме работы. Потери напряжения в кабельной линии в послеаварийном режиме работы определяются по формуле (53):

, (53)

где - расчетный ток в послеаварийном режиме работы.

Проводим проверку полученных потерь по допустимой потере напряжения в послеаварийном режиме работы по формуле (54):

(54)

6,98% < 10%.

Таким образом, полученные потери меньше допустимых значений, поэтому можно сделать вывод, что сечение кабеля выбрано верно. Если линия состоит из нескольких участков, то потери на участках суммируют и сравнивают с допустимыми. Аналогичные расчеты проводятся для всех линий сети, результаты сводятся в таблицу 14.

Таблица 14 - Расчет потерь напряжения в распределительной сети 0,4кВ

Участок линии	Сечение F, мм2	Длина L, м	Уд. сопр. линии, Ом/км	Расчетные коэффициенты	Потеря напр-я в нормальном режиме, %	Потеря напр-я в послеаварийном режиме ?Uп.ав., %
			r0	x0	cos	sin	?Uн	УUн
КТП1-1	3120+170	214	0,34	0,06	0,66	0,75	4,65	-	6,98
КТП1-5	350+125	114	1,28	0,07	0,5	0,87	2,77	-	5,57
КТП1-6*	350+125	241	0,55	0,06	0,5	0,87	2,82	-	5,68
КТП1-7*	350+125	388	1,28	0,07	0,5	0,87	4,58	-	9,22
КТП2-3	395+170	99	0,34	0,06	0,7	0,71	2,67	-	4,01
КТП2-4	350+125	68	1,28	0,07	0,8	0,6	2,86	-	-
КТП2-8	3120+170	91	0,34	0,06	0,7	0,71	1,85	-	3,68
КТП3-2	3120+170	117	0,34	0,06	0,71	0,7	2,94	-	4,42
КТП3-9*	325+116	381	1,28	0,07	0,8	0,6	4,9	-	-
11-10	316+110	120	1,95	0,07	0,9	0,44	1,9	4,83	-
КТП3-11*	3120+170	1179	0,14	0,05	0,8	0,6	2,93	-	5,89

Примечание: в данной таблице * - сечение линии увеличенное, т.к. потери в линии больше допустимых.

Выбор защитной аппаратуры.

В качестве защитного аппарата выбираются автоматические воздушные выключатели серии ВА. Выключатели выбирают по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению автоматического выключателя по формуле (55):

Uн.а Uн.с (55)

где Uн.с - номинальное напряжение сети = 380 В.

2) по номинальному току теплового расцепителя по формуле (56):

Iн.т kнIр (56)

где kн - коэффициент надежности учитывающий разброс времени срабатывания теплового расцепителя 1,1-1,3; Iр - максимальный рабочий ток.

3) по току срабатывания электромагнитного расцепителя по формуле (57):

Iэ.р kзапIмакс (57)

где kзап - коэффициент запаса =1,25.

Например, рассмотрим выбор автомата для КТП1-1: Iр=190 А, Imax=285, тогда по формулам (56) и (57):

Iн.т.расч= 1,2 190= 228 А,

Iэ.р.расч = 1,25 285 = 356,25 А

Выбираем автоматический выключатель серии ВА51-35, номинальное напряжение автомата - до 660В, номинальный ток теплового расцепителя - Iн..т=250 А, кратность тока электромагнитного расцепителя определяется по формуле (58):

kр= (58)

Для данного автомата kр=5. Выразим из формулы (58) Iэ.р для данного автомата:

Iэ.р = 250 5 = 1250 А

Iэ.р > Iэ.р.расч,

1250>356,25

Условия выбора выполняются.

Аналогично выбираются автоматические выключатели для других ЭП. Результаты выбора сводятся в таблицу 15.

Таблица 15 - Результаты выбора автоматических выключателей [13]

Позиция	Расчетные токи расцепителей	Тип выключателя	Токи расцепителей
	Теплового Iн.т.расч., А	Элетромагнитного Iэ.рэрасч., А		Теплового Iн.т., А	Элетромагнитного Iэ.р., А
КТП 1-1	228	356	ВА 51-35	250	1250
КТП 1-5	100	209	ВА 51-35	125	1000
КТП 1-6	100	209	ВА 51-35	125	1000
КТП 1-7	100	209	ВА 51-35	125	1000
КТП 2-3	266	416	ВА 51-35	250	1250
КТП 2-4	109	136	ВА 51-35	125	1000
КТП 2-8	200	416	ВА 51-35	250	1250
КТП 3-2	248	389	ВА 51-35	250	1250
КТП 3-9	36	45	ВА 51-35	63	630
11-10	54	68	ВА 51-35	63	630
КТП 3-11	82	170	ВА 51-35	125	1000

Расчет однофазного тока КЗ и проверка чувствительности защитного аппарата к току однофазного КЗ.

Расчет однофазного тока КЗ покажем на примере кабельной линии КТП1-1. Расчетная схема для определения тока однофазного КЗ показана на рисунке 12.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 12 - Расчетная схема для определения тока однофазного КЗ

На основании расчетной схемы составим схему замещения, которая показана на рисунке 13.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 13 - Схема замещения для определения однофазного тока КЗ

Согласно ПУЭ, ток однофазного КЗ определяется по формуле (59), в которой пренебрегают переходными сопротивлениями коммутационных аппаратов: [1]

(59)

где Uср. - фазное среднее напряжение сети, Uср. = 230 В; - полное сопротивление трансформатора при однофазном КЗ, равно = 0,042 Ом; - сопротивление петли «фаза-нуль», Ом; определяется по формуле (60):

, (60)

где - удельное сопротивление петли «фаза-нуль», Ом/км; определяется по таблице 8.16 [4]; L - длина КЛ, км.

Таким образом, ток однофазного КЗ в точке K(1):

Чувствительность защитного аппарата к данному току определяется коэффициентом чувствительности, который определяется по формуле (61):

Кч= (61)

где - уставка теплового расцепителя автоматического выключателя при его срабатывании на отключение КЗ, А.

Для выключателя, установленного на линии КТП1-1:

Полученное значение коэффициента чувствительности сравнивается с минимально допустимым значением Kч.мин.доп. = 3. Так как Kч = 3,26 > 3, то выключатель надежно отключит поврежденную линию. Аналогичные расчеты проводятся и для других линий, только в случае, если линия состоит из нескольких участков, сопротивления Zп1 и Zп2 просто складываются. Результаты расчетов представлены в таблице 16.

Таблица 16 - Расчет токов однофазного КЗ и проверка коэффициента чувствительности распределительной сети 0,4 кВ

Позиция	Ток теплового расцепителя Iн.т, А	Ток однофазного КЗ Iкз, кА	Коэффициент чувствительности Кч	Сечение F, мм2	Допустимый ток Iдоп, А
КТП 1-1	250	963	3,21	3120+170	270
КТП 1-5	125	496	3,97	350+125	160
КТП 1-6	125	483	3,87	350+125	160
КТП 1-7	125	388	3,1	350+125	160
КТП 2-3	300	1728	5,76	395+170	240
КТП 2-4	125	783	6,27	350+125	160
КТП 2-8	250	1829	6,10	3120+170	270
КТП 3-2	250	1537	5,12	3120+170	270
КТП 3-9	63	195	3,1	325+116	90
11-10	63	306	4,85	316+110	90
КТП 3-11	125	401	3,2	3120+170	270

Определение трехфазного тока КЗ и проверка аппаратов защиты на предельную отключающую способность.

Определение трехфазного тока КЗ на шинах трансформатора необходимо для того, чтобы проверить выбранный защитный аппарат, т.е. автоматический выключатель, на предельную отключающую способность, которая характеризуется предельным током отключения выключателя.

Расчетная схема для определения тока трехфазного КЗ приведена на рисунке 14.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 14 - Расчетная схема для определения тока трехфазного КЗ

На основании данной схемы составлена схема замещения, показанная на рисунке 15.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 15 - Схема замещения для определения тока трехфазного КЗ

Ток трехфазного КЗ будет одинаков для всех КТП.

Ток трехфазного КЗ на шинах КТП () определяется по формуле (62), кА:

, (62)

где Uср. - среднее линейное напряжение сети, Uср. = 0,4 кВ; Zтр. - полное сопротивление трансформатора; для трансформатора мощностью 630 кВА и со схемой соединения обмоток ?/Y0 Zтр. = 0,056 Ом.

Таким образом, ток трехфазного КЗ равен:

Правильность выбора выключателя с точки зрения предельной отключающей способности оценивается формулой (63):

, (63)

где Iпр.отк. - предельный ток отключения выключателя, т.е. максимальный ток, который может отключить выбранный выключатель, кА.

Проверим условие (63):

Iпр.отк. =25 кА > = 4,12 кА.

Т.к. условие (63) выполняется для всех выключателей, то можно сделать вывод, защитные аппараты выбраны верно.

Таким образом, в результате всех проделанных расчетов и проверок окончательно получены сечения кабелей, которые представлены в таблице 17.

Таблица 17 - Марка и сечение кабеля для распределительной сети 0,4кВ

Позиция	Сечение F, мм2
КТП 1-1	3120+170
КТП 1-5	350+125
КТП 1-6	350+125
КТП 1-7	350+125
КТП 2-3	395+170
КТП 2-4	350+125
КТП 2-8	3120+170
КТП 3-2	3120+170
КТП 3-9	325+116
11-10	316+110
КТП 3-11	3120+170

Определение потерь мощности и энергии в проектируемой распределительной сети 0,4 кВ. Определение потерь мощности и энергии в линиях.

Потери активной и реактивной мощности определяются по формулам (64) и (65):

, кВт (64)

, кВАр (65)

где IР - расчетный ток определяется по таблице 13; RЛ, XЛ - активное и индуктивное сопротивление линии.

Годовые потери энергии в линиях найдем по формуле (66):

, МВт год (66)

где - время потерь, это условное время, за которое максимальный ток нагрузки или расчетный ток протекал по линии, создал бы потери энергии, равные действительным потерям за год, то есть принимается Тmax=4500 ч. - время использования максимальной нагрузки, берется по условию что предприятие односменное, тогда принимаем, что время потерь = 2250 часов.

Например, для участков линии КТП 1- 1:

По формулам (64) и (65):

Рл = 5,56 кВт

Qл = 1,39 кВАр

Полные потери мощности в линиях:

Sл = = 5,73кВА

Годовые потери энергии в линиях по формуле (66):

Wл = 5,73 . 2250 = 12,89 МВт год

Результаты расчета потерь мощности в линиях приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Потери мощности и энергии в трансформаторе

Участок линии	Длина линии L, км	Сопротивление линии	Расчетный Ток Iр, А	Потери мощности
		Активное R, Ом	Индуктивное, X, Ом		Активные P, кВт	Реактивные Q, кВар
КТП 1-1	0,214	0,24	0,06	190	5,56	1,39
КТП 1-5	0,114	0,59	0,063	83	1,39	0,15
КТП 1-6	0,241	0,59	0,063	83	2,94	0,31
КТП 1-7	0,388	0,59	0,063	83	4,73	0,51
КТП 2-3	0,099	0,31	0,06	222	4,54	0,88
КТП 2-4	0,068	0,59	0,063	91	1,00	0,11
КТП 2-8	0,091	0,24	0,06	167	1,83	0,46
КТП 3-2	0,117	0,24	0,06	207	3,61	0,90
КТП 3-9	0,381	1,17	0,066	30	1,20	0,07
11-10	0,120	1,84	0,068	45	1,34	0,05
КТП 3-11	1,179	0,24	0,06	68	3,93	0,98

Активные потери мощности в трансформаторе определяется по формуле (67):

Ртр = Рх + , кВт (67)

где Рх - потери мощности х. х.; Рк - потери мощности короткого замыкания; Sн.расч - полная расчетная мощность трансформатора; Sн.тр - полная номинальная мощность трансформатора;

Для КТП1:

Ртр = = 1,33 кВт.

Реактивные потери мощности трансформатора определяются по формуле (68):

, (68)

где Ix.x - ток холостого хода трансформатора; Uк - напряжение К.З. трансформатора.

Qтр = + = 12,62 кВАр.

Потери энергии в трансформаторе определяются по формуле (69):

, кВт (69)

где - коэффициент загрузки трансформатора, = 0,6.

Wтр = 2.1,31. 4500 + 2.7,6 . 0,62 2250 = 24102 кВт . год

Суммарные потери активной и реактивной мощности в линиях и в трансформаторе определяются по формулам (70) и (71):

(70)

(71)

Суммарные годовые потери энергии в линиях и трансформаторе определяются по формуле (72):

(72)

Результаты расчета потерь мощности и электроэнергии приведены в таблице 19.

Таблица 19 - Расчет потерь мощности и электроэнергии

Позиция	Ртр, кВт	Qтр, кВА	Wтр кВт . год
КТП 1	1,33	12,62	24102
КТП 2	1,34	12,62	24102
КТП 3	1,32	12,61	17539
В кабелях	32,07	5,81	73516
Итого	36,06	43,66	139259

5.2 Расчет распределительных сетей среднего напряжения 10 кВ

На рисунках 16 и 17 показаны планы прокладки кабелей 10 кВ для двух вариантов схем электроснабжения. Вариант 1 - радиальная схема питания КТП от ЦРП; вариант 2 - смешанная, двойная магистральная и радиальная схема питания.



Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор сечений кабелей 10 кВ.

Рассчитаем участок питающей сети ЦРП-КТП1 по формулам (73) и (74):

 (73)

(74)

где - коэффициент полезного действия трансформатора, принимаемый при напряжении сети 10кВ равным 0,96%; - число кабелей по которым передается нагрузка.

Сечение кабельных линий распределительных сетей 10 кВ выбирается по экономической плотности тока по формуле (75):

(75)

где Iр.н. - расчётный ток кабельной линии в нормальном режиме.

jэ - экономическая плотность тока. Для кабелей с алюминиевыми жилами и числом часов использования максимума нагрузки ф=4500, jэ=1,7.

Принимаем трёхжильный кабель ближайшего сечения на 10 кВ из сшитого полиэтилена: АПвПГ сечением 35 мм2 с длительным допустимым током Iдоп.=138 А.

Выбранное сечение проверяется по току нормального режима по формуле (76):

(76)

где kп - поправочный коэффициент на условия прокладки кабеля, учитывающий отклонение температуры окружающей среды от нормированной (+150С) при прокладке кабелей в земле. Определяется по таблице 4.3 [1]. На территории РМЭ средняя температура земли на глубине 70 см составляет +50С. Этой температуре соответствует kп=1,08.

Таким образом, выбранное сечение удовлетворяет условию протекания по кабелю длительного рабочего тока нормального режима.

Сечение проверяется по току послеаварийного режима по условию (77):

(77)

где kпер - коэффициент допустимой перегрузки кабеля в послеаварийном режиме. kпер=1,4

Таким образом, выбранное сечение удовлетворяет условию протекания по кабелю тока послеаварийного режима.

Выбор и расчётная проверка сечений кабелей на остальных участках распределительной сети производится аналогично и заносится в таблицу 20.

Таблица 20 - Выбор сечений кабелей 10 кВ

Участок сети	Полная расч. мощность в норм. режиме Sр.н	Полная расч. мощность в послеав. Режиме Sр.ав	Расч. ток линии в нормальном режиме Iр.н	Расч. ток линии в послеав. Режиме Iр.ав.	Расчётное сечение, Fэ	Стандартное сечение	Допустимый ток ,Iд	Iдн	Iдав.
	кВт	кВА	А	А	мм2	мм2	А	А	А
ГПП-ЦРП	973	1946	58,58	117,17	34,1	35	138	150	210
Вариант 1
ЦРП-КТП1	353	706	21,25	42,5	12,5	35	138	150	210
ЦРП-КТП2	360	720	21,64	43,28	12,7	35	138	150	210
ЦРП-КТП3	260	520	15,32	30,64	9	35	138	150	210
Вариант 2
КТП1-КТП3	620	1240	36,53	73,05	21,49	35	138	150	210
КТП3-КТП2	360	720	21,64	43,28	12,7	35	138	150	210

Выбранные сечения проверяются по термической стойкости к току трехфазного КЗ по выражению (78):

F ? Fk (78)

Fk-минимально рекомендуемое сечение, определяемое по формуле(79):

(79)

где Тпр. - приведенное время КЗ, состоящее из времени срабатывания защиты и времени срабатывания выключателя. Для расчетов принимается Тпр.=0,6 секунд; СТ - тепловой импульс. Для кабелей с алюминиевыми жилами СТ=65.

Ток короткого замыкания на шинах 10 кВ ЦРП будет определяться по формуле (80):

(80)

где Uн=10,5 кВ - номинальное напряжение сети; ZКЛ - полное сопротивление питающего кабеля, Ом. Полное сопротивление питающего кабеля определяется по формуле(81):

 (81)

где RКЛ=r0ЧL и XКЛ=x0ЧL - активное и реактивное сопротивление кабеля, Ом; L - длина питающего кабеля, км.

По формуле (79) минимальное сечение кабелей с алюминиевыми жилами при выдержке времени защиты 0,6 с., присоединенных к шинам 10кВ:

50мм2>45,6мм2

Полное сопротивление питающего кабеля по формуле (81) будет составлять:

Ток короткого замыкания на шинах 10 кВ ЦРП по формуле (80):

По формуле (79) минимальное сечение кабелей с алюминиевыми жилами при выдержке времени защиты 0,6с., присоединенных к шинам 10кВ ЦРП:

Минимальное сечение распределительных кабелей 10 кВ, отходящих от ЦРП составляет 35 мм2.

Проверка выбранного сечения кабеля по допустимой потере напряжения.

Согласно п. 5.7. [2] в сетях напряжением 10 кВ допустимые потери напряжения должны быть не более 4%.

ДU=4%Uном , (82)

Расчётные потери напряжения в распределительной сети 10 кВ аналогично расчётным потерям напряжения в распределительных сетях 0,4 кВ, находятся по формуле (83):

, (83)

Результат расчета потерь напряжения в линиях 10кВ показаны в таблице21.

Таблица 21 - Результаты расчёта потерь напряжения в линиях 10 кВ

Участок сети	Сечение, мм2	Удельное активное сопротивление линии, R0, Ом/км	Удельное индуктивное сопротивление линии, X0, Ом/км	Длина линии L, км	Потеря напряжения, ДU,%	ДU<4% Uном
ГПП-ЦРП	50	0,641	0,184	0,9	3,3	да
ВАРИАНТ 1
ЦРП-КТП1	35	0,927	0,191	0,086	0,55	да
ЦРП-КТП2	35	0,927	0,191	0,353	2,59	да
ЦРП-КТП3	35	0,927	0,191	0,096	0,52	да
ВАРИАНТ 2
КТП1-КТП3	35	0,927	0,191	0,246	1,23	да
КТП3-КТП2	35	0,927	0,191	0,214	1,57	да

5.3 Вывод

В данном разделе производился выбор сечения кабельных жил и их проверка по допустимой потере напряжения, выбор и согласование защитной аппаратуры, расчет токов короткого замыкания, определение потерь мощности и электроэнергии в распределительной сети 0,4кВ и 10 кВ.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 10 КВ

6.1 Вычисление дисконтированных затрат

Наиболее экономичным решением электроснабжения является вариант, отвечающий техническим требованиям и имеющий наименьшие приведенные затраты. Если приведенные затраты отличаются на 3-5%, то предпочтение следует отдавать варианту с меньшими капиталовложениями, с лучшими качественными показателями.

Каноническая формула (84) дисконтированных затрат на сооружение и эксплуатацию какого-либо объекта в течение расчетного периода Тр (10 лет) имеет вид [7]:

(84)

где Ксоор и Иt - капиталовложения на сооружение объекта и суммарные издержки его эксплуатации в год, тыс. руб.; Кликв.t - ликвидационная (остаточная) стоимость объекта на момент окончания расчетного периода, тыс. руб; Е - норматив дисконтирования (приведение разновременных затрат), Е=0,1.

Суммарные издержки на эксплуатацию определяются по формуле (85):

(85)

где Иобсл. - издержки из отчислений на ремонт и обслуживание (без отчислений на реновацию), тыс. руб., определяются по формуле (86); Ипот. - издержки на возмещение потерь электроэнергии, тыс. руб., определяется по формуле (87).

(86)

(87)

где Ксоор. - суммарная дисконтированная стоимость сооружения объекта на момент начала его эксплуатации, т.е. за период строительства; арен. - коэффициент отчислений на реновацию; а - общие нормы отчислений от капиталовложений; - потери электроэнергии, кВт*ч; С - стоимость 1 кВт*ч электроэнергии.

Ликвидационная стоимость определяется через коэффициент отчислений на реновацию и время эксплуатации объекта до окончания расчетного периода по формуле (88):

(88)

Срок строительства сети составляет 2 года.

Суммарные дисконтированные затраты могут быть представлены в виде суммы четырех составляющих по формуле (89):

(89)

где,

В правой части уравнения (89) первые три составляющие определяют стоимость сооружения объекта. Поэтому их целесообразно определить в общий параметр, присвоив ему условное название «капитальные затраты» по формуле (90):

(90)

Дэкв - эквивалентный дисконтирующий множитель, определяется по формуле (91):

(91)

Др.э. - расчетный дисконтирующий множитель за срок эксплуатации до окончания расчетного периода, который определяется по формуле (92):

(92)

Тогда окончательно получим формулу (93):

(93)

Таким образом, при выборе наилучшего из вариантов следует использовать критерий минимума суммарных затрат, который записывается в виде и формируется следующим образом: оптимальному варианту электрической сети соответствует наименьшее значение суммарных затрат на ее сооружение и эксплуатацию в течение заданного расчетного периода.

Капиталовложения рассчитываются по укрупненным показателям стоимости.

В таблице 22 приведен расчет капитальных затрат по рассматриваемым вариантам распределительной сети 10 кВ. Равновеликие составляющие (стоимость КТП, питающего кабеля) не учитывается. Цены приняты по прайс-листам [16,17] по состоянию на 15 февраля 2013 г.

Таблица 22 - Определение капитальных затрат

№	Наименование оборудования	Стоимость единицы (цены 2013г.), тыс.руб.	Вариант
			1	2
			Кол-во единиц, (шт, км)	Общая сметная стоимость, тыс.руб.	Кол-во единиц, (шт, км)	Общая сметная стоимость, тыс.руб.
1	Кабель АПвПГ 3х35	369,5	0,54	214,11	0,46	182,39
2	Кабель АПвПГ 3х50	475,7	0,9	428,13	1,8	856,26
3	ЦРП- 10кВ	1293,04	1	1293,04	-
Итого:	1721,17		1038,65

При технико-экономическом сопоставлении вариантов электрических сетей ежегодные издержки на амортизацию и обслуживание элементов сети определяют, как долю от капиталовложений по формуле (94):

(94)

где, акл, авв - общие нормы отчислений от капиталовложений соответственно для кабельных линий и выключателей, складывающихся из норм амортизационных отчислений аам и отчислений на текущий ремонт и обслуживание аобсл.

Часть амортизационных отчислений используется для замены оборудования по истечению срока службы на новое и называется отчислениями на реновацию арен. Вторая часть обеспечивает возможность выполнения периодических капитальных ремонтов ак.р.. Таким образом, общая норма отчислений имеет три составляющие по формуле (95):

(95)

Ежегодные отчисления на амортизацию и обслуживание КЛ составляют для линий, выполненных алюминиевыми кабелями в траншее 6,3% от капитальных затрат. Ежегодные отчисления на амортизацию и обслуживание вакуумных выключателей составляют 2,4% от капитальных затрат (не нуждаются в капитальном ремонте, незначительные затраты на обслуживание).

Следовательно, для первого варианта:

для второго варианта:

Стоимость потерь электрической энергии Ипот.КЛ, тыс.руб. в КЛ определяется по формуле (96):

(96)

где С = 1,4 руб/кВт*час - стоимость 1 кВт потерь электроэнергии; n - количество цепей в линии; Imax,i - максимальный ток одной цепи КЛ в нормальном режиме, А; r0i - удельное активное сопротивление провода; L - длина линии, км; - время максимальных потерь.

Токи, проходящие в КЛ определены выше.

Время максимальных потерь определяется по формуле (97):

 (97)

где Тмакс - число часов использования максимальной нагрузки в линии.

Время максимальных потерь составит:

Результаты расчета стоимости потерь электроэнергии в КЛ 10 кВ приведены в таблице 23.

Таблица 23 -Результаты расчета стоимости потерь электроэнергии в КЛ 10 кВ

№ варианта	Линия	Iмакс, А	r0, Ом/км	L, км	Ипот.КЛ, тыс.руб.
1	ГПП-ЦРП	58,58	0,641	0,9	9,6
	ЦРП-КТП1	21,25	0,927	0,086	0,87
	ЦРП-КТП2	21,64	0,927	0,353	3,71
	ЦРП-КТП3	15,32	0,927	0,096	0,51
2	ГПП-КТП1; КТП2-ГПП	58,58	0,641	1,8	19,2
	КТП1-КТП3	36,53	0,927	0,096	2,88
	КТП3-КТП2	21,64	0,927	0,214	2,25

Суммарная стоимость потерь электрической энергии в кабельной линии составляет для:

1-го варианта схемы:

2-го варианта схемы:

Расчетный дисконтирующий множитель за срок эксплуатации до окончания расчетного периода определяется по формуле (98):

(98)

Эквивалентный дисконтирующий множитель равен:

Суммарные затраты на возмещение потерь электроэнергии за расчетный период (10 лет):

Вариант 1:

Вариант 2:

Определим суммарные дисконтированные затраты для обоих вариантов распределительной сети по формуле (99):

(99)

Вариант 1:

Вариант 2:

Таким образом, наиболее экономичный второй вариант распределительной сети 10 кВ. Принимаем окончательно петлевую схему питания КТП .

6.2 Вывод

В данном разделе было произведено технико-экономическое сравнение двух вариантов распределительной сети 10 кВ: радиальной с ЦРП и петлевой. На основании расчетов окончательно принимают радиальную схему питания КТП, так как она экономичнее и полностью удовлетворяет требованиям качества и надежности.

7. ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

7.1 Заземление комплектной трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ

Расчёт заземляющего устройства трансформаторной подстанции.

Расчет покажем на примере ТП-1 распределительной сети 0,4 кВ, а для других ТП расчет будет полностью аналогичен, т.к. их номинальные мощности одинаковы.

Согласно п. 1.7.101 [1], сопротивление заземляющего устройства (в сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью), к которому присоединены нейтрали трансформаторов, при линейном напряжении 400 В в любое время года не должно превышать 4 Ом. Поэтому за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимаем Rз = 4 Ом.

Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания ТП с расположением вертикальных электродов по ее периметру.

В качестве вертикальных заземлителей принимаем стальные стержни диаметром 16 мм и длиной 2 м, которые погружаются в грунт методом ввертывания. Верхние концы электродов, погруженны на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.

Предварительно, с учетом площади, занимаемой ТП, намечаем расположение заземлителей - по периметру с расстоянием между вертикальными электродами, равным 4 м.

Определяем расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей по выражениям (100) и (101):

(100)

(101)

где суд - удельное сопротивление грунта, которое для микрорайона по таблице 14.1 [4], принимается равным суд = 100 Ом·м, (тип почвы - суглинок); Kп.г и Kп.в - повышающие коэффициенты для горизонтальных и вертикальных электродов, определяемые по таблице 14.2 [4].

Для грунта средней влажности эти коэффициенты равны: Kп.г = 2; Kп.в = 1,5.

р.г = 100•2 = 200 Ом•м;

р.в = 100•1,5 = 150 Ом•м.

Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа определяем по формуле (102):

, (102)

где l - длина электрода, l = 2 м; d - внешний диаметр электрода, d = 0,016 м; t - расстояние от поверхности земли до середины электрода, t = 0,5•2 + 0,7 = 1,7м.

Определим примерное число вертикальных заземлителей по формуле (103):

(103)

где Kи.в. - коэффициент использования вертикальных заземлителей, размещенных по контуру, без учета влияния горизонтальных электродов связи, принимаемый по таблице 14.4 [4].

Коэффициент Kи.в. определяется по примерно выбранному количеству вертикальных электродов (примем его равным 20) и отношению расстояний между вертикальными электродами к их длине: 4/2 = 2, поэтому Kи.в.= 0,66.

Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов (шина полосовая 408 мм) по формуле (104):

(104)

где Kи.г. - коэффициент использования горизонтальных соединительных электродов в контуре из вертикальных электродов, определяемый по таблице 14.5 [4], Kи.г.= 0,32; l - общая длина горизонтальных электродов, для принятого типа ТП l = 108 м; t - расстояние до поверхности земли, t = 2,7 м; b - ширина полосы, b = 0,08 м.

Уточненное сопротивление вертикальных электродов определяется по формуле (105):

(105)

Определим уточненное число вертикальных электродов при коэффициенте использования вертикального электрода, соответствующего N = 27, определяемом по таблице 14.4 [4] и равном Kи.в.у. = 0,61, по формуле (106):

. (106)

Таким образом, окончательно принимаем 20 вертикальных электродов, расположенных вокруг ТП. Тогда сопротивление вертикальных заземлителей по формуле (105) будет равно:

Общее сопротивление заземлителя с таким количеством электродов определяется по формуле (107):

(107)

3,8 Ом < 4 Ом

Полученное сопротивление меньше 4 Ом, т.е. рассчитанный заземлитель удовлетворяет всем необходимым требованиям.

Схема выполнения заземляющего контура показана на рисунке 18.



Рисунок 18 - Схема заземляющего контура КТП

7.2 Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, регламентируются гл. 3 МПОТ РМ-016-2001 [3]. Приведем основные положения данной главы.

При подготовке рабочего места со снятием напряжения должны быть в указанном порядке выполнены следующие технические мероприятия:

- произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационных аппаратов;

- на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационных аппаратов должны быть вывешены запрещающие плакаты;

- проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

- установлено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, установлены переносные заземления);

- вывешены указательные плакаты «Заземлено», ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части, вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты (п. 3.1.1).

При подготовке рабочего места должны быть отключены:

- токоведущие части, на которых будут производиться работы;

- неограждённые токоведущие части, к которым возможно случайное приближение людей, механизмов и грузоподъемных машин.

После отключения выключателей, разъединителей (отделителей) и выключателей нагрузки с ручным управлением необходимо визуально убедиться в их отключении и отсутствии шунтирующих перемычек (п. 3.1.3).

На приводах (рукоятках приводов) коммутационных аппаратов с ручным управлением (выключателей, отделителей, разъединителей, рубильников, автоматов) во избежание подачи напряжения на рабочее место должны быть вывешены плакаты «Не включать! Работают люди».

У однополюсных разъединителей плакаты вывешиваются на приводе каждого полюса, у разъединителей, управляемых оперативной штангой, - на ограждениях. На задвижках, закрывающих доступ воздуха в пневматические приводы разъединителей, вывешивается плакат «Не открывать! Работают люди».

На присоединениях напряжением до 1000 В, не имеющих коммутационных аппаратов, плакат «Не включать! Работают люди» должен быть вывешен у снятых предохранителей, в КРУ - в соответствии с п. 4.6.2 настоящих Правил.

Плакаты должны быть вывешены на ключах и кнопках дистанционного и местного управления, а также на автоматах или у места снятых предохранителей цепей управления и силовых цепей питания приводов коммутационных аппаратов (п. 3.2.1).

На приводах разъединителей, которыми отключена для работ ВЛ или КЛ, независимо от числа работающих бригад, вывешивается один плакат «Не включать! Работа на линии». Этот плакат вывешивается и снимается по указанию оперативного персонала, ведущего учет числа работающих на линии бригад (п. 3.2.2).

Устанавливать заземления на токоведущие части необходимо непосредственно после проверки отсутствия напряжения (п. 3.4.1).

Переносное заземление сначала нужно присоединить к заземляющему устройству, а затем, после проверки отсутствия напряжения, установить на токоведущие части.

Снимать переносное заземление необходимо в обратной последовательности: сначала снять его с токоведущих частей, а затем отсоединить от заземляющего устройства (п. 3.4.2).

Установка и снятие переносных заземлений должны выполняться в диэлектрических перчатках с применением в электроустановках напряжением выше 1000 В изолирующей штанги. Закреплять зажимы переносных заземлений следует этой же штангой или непосредственно руками в диэлектрических перчатках (п. 3.4.3).

7.3 Требования к электротехническому персоналу

Требования к электротехническому персоналу регламентируются гл. 1.2 МПОТ РМ-016-2001 [3]. Приведем основные положения данной главы.

Работники, принимаемые для выполнения работ в электроустановках, должны иметь профессиональную подготовку, соответствующую характеру работы.

При отсутствии профессиональной подготовки такие работники должны быть обучены (до допуска к самостоятельной работе) в специализированных центрах подготовки персонала (учебных комбинатах, учебно-тренировочных центрах и т.п.) (п. 1.2.1).

Профессиональная подготовка персонала, повышение его квалификации, проверка знаний и инструктажи проводятся в соответствии с требованиями государственных и отраслевых нормативных правовых актов по организации охраны труда и безопасной работе персонала (п. 1.2.2).

Проверка состояния здоровья работника проводится до приема его на работу, а также периодически, в порядке, предусмотренном Минздравом России. Совмещаемые профессии должны указываться администрацией организации в направлении на медицинский осмотр (п. 1.2.3).

Электротехнический (электротехнологический) персонал должен пройти проверку знаний настоящих Правил и других нормативно-технических документов (правил и инструкций по технической эксплуатации, пожарной безопасности, пользованию защитными средствами, устройства электроустановок) в пределах требований, предъявляемых к соответствующей должности или профессии, и иметь соответствующую группу по электробезопасности (п. 1.2.5).

Работник, проходящий стажировку, дублирование, должен быть закреплен распоряжением за опытным работником. Допуск к самостоятельной работе должен быть также оформлен соответствующим распоряжением руководителя организации.

Электротехнический персонал - административно-технический, оперативный, оперативно-ремонтный, ремонтный персонал, организующий и осуществляющий монтаж, наладку, техническое обслуживание, ремонт, управление режимом работы электроустановок [1].

7.4 Вывод

В данном разделе произведен расчет заземления КТП 10/0,4 кВ, приведена схема выполнения заземляющего контура. Приводятся основные положения из МПОТ РМ-016-2001 о технических мероприятиях обеспечивающих безопасность работ и требования к электротехническому персоналу.

8. РАЗРАБОТКА ВОПРОСА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ПРЕДПРИЯТИИ

8.1 Виды комбинированных способов сушки древесины

Диэлектрическая сушка - это сушка древесины в электромагнитном поле токов высокой частоты, в котором нагрев древесины происходит за счет диэлектрических потерь. Благодаря равномерному нагреву древесины по всему ее объему, возникновению положительного градиента температур и избыточного давления внутри ее продолжительность диэлектрической сушки в десятки раз меньше конвективной. Из-за сложности оборудования, большого расхода электроэнергии и недостаточно высокого качества сушки собственно диэлектрическая сушка не находит широкого применения.

Более эффективно применение комбинированных технологий сушки древесины, например конвективно-диэлектрической и вакуумно-диэлектрической. Для массовой сушки применение этих способов неэкономично, но в отдельных случаях, особенно при сушке дорогих, ответственных пиломатериалов и заготовок из трудносохнущих пород древесины эти способы могут найти применение.

Конвективно-диэлектрическая сушка.

При комбинированной конвективно-диэлектрической технологии сушки древесины к штабелю, загруженному в камеру, оборудованную тепловым и вентиляторным устройствами, подводят также и высокочастотную энергию от специального генератора ТВЧ через электроды, расположенные около штабеля. Расход теплоты на сушку в сушильной камере при этом в основном компенсируется тепловой энергией пара, подаваемого в калориферы, а высокочастотная энергия подается для создания положительного перепада температур по сечению материала. Этот перепад в зависимости от характеристики материала и жесткости заданного режима составляет 2-5°С. Качество конвективно-диэлектрической сушки пиломатериалов высокое, так как сушка ведется с небольшим перепадом влажности по толщине материала.

Вакуумно-диэлектрическая сушка.

Это еще один способ сушки древесины с применением энергии ТВЧ. При этой технологии используют преимущества и вакуумной и диэлектрической сушки. За счет нагрева древесины в поле ТВЧ при пониженном давлении кипение воды в древесине достигается при небольших температурах древесины, что способствует сохранению ее качества. Перемещение влаги в древесине при вакуум - диэлектрической сушке древесины обеспечивается всеми основными движущими силами влагопереноса: градиентом влагосодержания, температурой, избыточным давлением, что сокращает продолжительность сушки.

При вакуум-диэлектрической сушке штабель пиломатериалов помещают в автоклав или герметичную камеру, где вакуум-насосом создается пониженное давление среды (1-20 кПа). Чем ниже давление среды, тем ниже и температура испарения влаги и древесины при сушке. Расход теплоты на сушку обеспечивается подводом высокочастотной энергии к древесине. При использовании этой технологии сушки древесины также возникают эксплуатационные трудности -- сложность оборудования, особенно наладка и эксплуатация высокочастотных генераторов, большой расход электроэнергии на сушку. Поэтому при решении вопросов о применении вакуум - диэлектрнческих камер необходимо сначала по условиям конкретного предприятия разработать технико-экономическое обоснование.

Индукционная, или электромагнитная сушка древесины.

Метод основан на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель вместе с этими элементами находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50 Гц), образованном соленоидом, смонтированным внутри сушильной камеры. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками.

8.2 Понятие и особенности диэлектрической сушки

Основа любого деревообрабатывающего производства - высококачественный пиломатериал.

Одной из самых сложных, длительных и дорогостоящих процедур в подготовке материала является сушка сырого леса. Традиционные технологии сушки древесины предусматривают нагрев ее горячим воздухом, топочными газами или перегретым паром. При этом тепло, необходимое для испарения влаги из древесины подводится от горячих газов к поверхности пиломатериала. После испарения влаги с поверхности тепло к внутренним влажным слоям подводится через слой высушенного материала, теплопроводность которого очень низкая. Температура сушильного агента может достигать 250 градусов, поэтому наружные слои сильно перегреваются. Это приводит к стягиванию капилляров древесины. В зоне соприкосновения сухих и еще влажных слоев возникают напряжения которые приводят к растрескиванию материала или его геометрической деформации. Встречные потоки тепла и влаги в слое древесины не позволяют достичь высоких скоростей сушки. В результате процесс сушки растягивается на 2-3 недели. Кроме того отходящие газы имеют высокую температуру, поэтому тепловой к. п. д. таких сушилок очень низкий и затраты тепла составляют до 10000 кДж/кг влаги (до 2500 ккал/кг).

Добиться высокого качества высушенного пиломатериала и в десятки раз увеличить скорость сушки возможно, если пиломатериал прогревается равномерно по всему своему объему. Обеспечить такой нагрев возможно только при использовании СВЧ-излучения. Глубина проникновения СВЧ-энергии в древесину на отведенных для промышленного использования частотах составляет 15-30 см. Коэффициент поглощения СВЧ-энергии влагой очень высокий, что обеспечивает возможность получения больших плотностей энергии в зонах влажного материала и соответственно высоких скоростей сушки. Низкий коэффициент поглощения сухой древесиной исключает перегрев высушенного материала, и, соответственно, растрескивание и коробление его.

Достижения электронной промышленности в последние годы обеспечили создание генераторов СВЧ-излучения (магнетронов) с единичной мощностью десятки киловатт, к.п.д. до 70-75% и сроком службы 5 и более тысяч часов. Использование для сушки только электроэнергии, отсутствие промстоков и вредных газовых выхлопов делают процесс сушки экологически чистым. Безинерционность нагрева, отсутствие промежуточного теплоносителя и необходимости строительства котельных, а также, возможность полной автоматизации процесса сушки делают СВЧ-сушилки особенно привлекательными для мелкого и среднего производства.

8.3 Устройство установки для диэлектрической сушки

Установка для диэлектрической сушки (рис. 19) состоит из трансформатора 1, выпрямителя 2, высокочастотного генератора 3 и колебательного контура 4 с рабочим конденсатором 5, между обкладками которого помещена высушиваемая древесина.



Рисунок 19 - Структурная схема диэлектрической сушки

Затраты энергии в период сушки имеются в поверхностной зоне сортимента. Температура на поверхности за счет испарения влаги и тепловых потерь оказывается ниже температуры внутренних зон, а влажность поверхности ниже (за счет испарения), чем внутри материала. Таким образом, имеют место положительные перепады температуры и влажности. Одинаковое направление движения влаги под действием перепадов влажности и температуры изнутри на поверхность существенно ускоряет сушку.

Если температура древесины будет превышать температуру точки кипения воды, то изнутри возникает избыточное давление (вследствие кипения влаги) и интенсивность сушки возрастет в еще большей степени. Массу воды, выделившуюся при диэлектрической сушке, найдем по формуле (108)[9]:

(108)

МH20 - масса выделившейся воды за сутки;

- плотность древесины при влажности 80%;

V - объем высушиваемой древесины;

- коэффициет учитывающий конечную влажность продукта [9].

8.4 Оборудование для диэлектрических сушильных камер №1, 2, 3

Предприятию «Маэстро» (в среднем) в сутки необходимо 20 м3 сухой доски. Определим, какое количество установок WDT-MC-10/100 необходимо, по формуле (109) [23]:

(109)

Q - производительность диэлектрической камеры, [18] кВт/м3*ч,

Pном - электроэнергия, кВт,

V - объем, м3,

- количество диэлектрических сушильных камер,

- коэффициент учитывающий тип древесины [23].

- коэффициент учитывающий тип и срок эксплуатации магнетронов

Каждая из трех сушильных камер оборудована уникальной системой сушки, охлаждения и управления разработанной фирмой WOODTEK (Италия). Установка для диэлектрической сушки представлена на рисунке 20: модель WDT-MC-10/100 [18].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 20 - Конструкция WDT-MC-10/100

Данное устройство оборудовано циркулятором, используются мощные промышленные магнетроны с частотой 915 МГц. В качестве вспомогательного оборудования используются вентиляторы (каждый по 1,5кВ), система охлаждения блока магнетронов (1,2кВ) и компрессоры (1,5кВт). Для автоматического управления процессом сушки используется блок управления производства компании HOLZMEISTER (Италия). Измерение температуры и влажности воздуха производится в двух точках, измерение влажности древесины - в шести (возможно изменение количества точек замера). На задней панели предусмотрен порт для подключения принтера без использования компьютера, либо мобильного телефона. Блоки управления могут быть объединены в единую сеть, что позволит оператору управлять блоком сушильных камер в количестве до 32 штук с одного персонального компьютера.

Технические характеристики установки приведены в таблице 24.

Таблица 24 - Технические характеристики WDT-MC-10/100

Тип камеры	проходной
Производительность	7 - 8
Исходная влажность, %	80
Конечная влажность, %	10
Максимальная потребляемая мощность,	100
Напряжение питания, вольт	220 / 380
Габариты, мм	1400х800х1150
Масса, кг	720

8.5 Этапы диэлектрической сушки

Первый этап - разогрев с отпариванием. При СВЧ-сушке связан с нагревом заложенного объёма пиломатериалов и находящегося в них объёма воды до температуры 55-60°С, при которой начинается сушка. Одновременно с этим при отключенной вентиляции вытяжки идёт увеличение влажности воздуха в сушильной камере до 100% и более. Это обеспечивает отпаривание древесины. Последнее необходимо для снятия имевшихся в древесине напряжений и улучшения влагопроводности поверхностных слоёв пиломатериалов. Для рекомендуемых объёмов закладки и располагаемой энергетики СВЧ-печи длительность первого этапа составляет 6-8 ч. Характерными признаками конца первого этапа являются накопление в сушильной камере воды в виде капель на стенках и даже небольших луж.

Второй этап - собственно сушка с выпариванием основной влаги; является логическим продолжением первого этапа. Сущность этого этапа - удаление интенсивно выделяющейся влаги из пиломатериалов при их дальнейшем нагреве. Величина подъёма температуры при этом может составлять всего 5-10°С, т. е. 60-70°С в конечном итоге. Для удаления большого количества выделившейся влаги из камеры вентилятор работает в усиленном режиме.

Далее, с выпариванием основного объёма влаги из слоистых структур древесины начинаются процессы выпаривания влаги из клеточных структур (обычно это наступает при влажности древесины 24-30%). Интенсивность выхода влаги при этом существенно замедляется. Подаваемая к пиломатериалам энергия начинает всё больше тратиться на их нагрев, что приводит к возрастанию температуры до значения, заданного оператором. Усиленный режим работы вентилятора в этих условиях может привести к снижению влажности до низких уровней порядка 25-30%, что затрудняет выход влаги с поверхности. Таким образом, нарастание температуры пиломатериалов до заданной величины может служить критерием для перехода к третьему этапу (для задания нового значения температуры и режима работы вентилятора вытяжки).

Третий этап - досушка пиломатериалов до нижнего (заданного) порога влажности. Он характеризуется сушкой в жёстких режимах, прежде всего температурных. Целью введения таких режимов является эффективное и быстрое удаление клеточной влаги. Для поддержания хорошей влагопроводности поверхностных слоёв древесины уровень влажности в сушильной камере должен быть вновь высокий, порядка 70%. С этой целью вентилятор вытяжки переводится в нормальный режим работы, а температура сушки поднимается на 5-10°С.

Необходимо осознавать, что длительная сушка пиломатериалов в жёстких режимах, особенно трудносохнущих пород (дуб, ясень), может привести к потемнению древесины и к внутренним трещинам в ней. Критерием окончания третьего этапа является достижение требуемого уровня влажности.

Четвёртый этап - охлаждение пиломатериалов до температуры внешней среды. Это производится вне СВЧ-сушки. Охлаждение проводится естественным путем без выгрузки пиломатериалов из камеры. СВЧ-печь отключается, створки дверей приоткрываются, пиломатериалы остывают за счет конвекции. Разность температур пиломатериалов и внешней среды при выгрузке не должна быть более 20°С. Обычно длительность остывания пиломатериалов составляет 5-6 ч.

Следует отметить, что выделение описанных выше этапов условно и их длительность и соотношение определяются многими факторами: видом и сортиментом древесины, начальной влажностью, начальной температурой пиломатериалов, объёмом закладки. Очевидно, что при начальной влажности этапа 30-40% сушка по условиям второго этапа может и не проводиться, а длительность первого этапа будет меньше. Все эти особенности необходимо учитывать и сверять с реальными параметрами процесса сушки по указанным критериям.

8.6 Особенности диэлектрической сушки разных пород деревьев

Сушка сосновых пиломатериалов [23]. Сосна в силу своего строения (слоистая структура с длинными продольными волокнами и капиллярами) и химического состава (наличие в древесине скипидара) имеет хорошую влаго- и газопроводность. По этим причинам сосна может выдерживать высокие температуры до 100-120°С без внешних и внутренних физических повреждений. Согласно экспериментальным данным, значение температуры сушки сосновых пиломатериалов всех сортиментов составляет 100°С. Из-за малой плотности древесины и большой её влагоотдачи, длительности первого и второго этапов в сушке увеличиваются. Длительность первого этапа составляет 7-8 ч, второго - до 80% всего времени сушки. Переход от второго этапа к третьему (переключение режима вентиляции вытяжки) производится при достижении температуры пиломатериалов 90°С.

Сушка буковых материалов. Бук относится к трудносохнущим видам пород древесины. При естественной сушке на воздухе бук быстро, в течение 1-2 суток, портится (синеет, поражается грибком), а также приобретает сильные напряжения (пиломатериалы закручивает в разных направлениях, появляются многочисленные трещины, наибольшие - по сердцевинной трубке). Исходя из вышеизложенного, качество СВЧ-сушки буковых пиломатериалов в сильной степени зависит от их начального качества и состояния.

Для исключения указанных недостатков распиловку бука необходимо проводить непосредственно перед сушкой, а сам бук держать в водяных ваннах.

Несмотря на высокую плотность древесины по сравнению с другими породами, бук хорошо сохнет в СВЧ-печи из-за наличия длинных продольных волокон и капилляров. Буковые пиломатериалы при СВЧ-сушке сушатся в мягких режимах с температурой не более 90°С. Посиневшие участки древесины на начальном этапе заражения грибком при СВЧ-сушке восстанавливают свой первоначальный цвет. При этом грибковые колонии погибают, а древесина стерилизуется. Переход от второго этапа сушки к третьему производится при достижении пиломатериалами температуры 80°С.

Сушка ясеневых и дубовых пиломатериалов. Дуб, ясень в силу своего строения (наличия множественных коротких переплетённых волокон по типу войлока) являются наиболее трудносохнущими породами древесины и обладают низкой влаго- и газопроводностью. При СВЧ-сушке требуют применения мягких режимов: 70-75°С при сушке пиломатериалов с влажностью 80-30% и 80-85°С при сушке пиломатериалов с влажностью 30% и менее. В силу малой влагоотдачи и высокой плотности древесины динамика нагрева данных пиломатериалов в СВЧ-печах быстрее, чем у других пород. Влажность воздуха в сушильной камере необходимо держать на уровне 60-80%. На третьем этапе досушка пиломатериалов с 30 до 8-6% конечной влажности, особенно для сортиментов 40-60 мм, проходит очень медленно. Причиной этому является обсыхание поверхностного слоя пиломатериалов на глубину 10-15 мм (длину волокон) и блокирование влаги внутри. Для ускорения сушки в этих случаях применяют принудительное отпаривание (влагообработку) и подъём температуры сушки до 85-90°С при влажности от 16% и ниже. Принудительное отпаривание проводят путём увлажнения (орошения) поверхности разогретых пиломатериалов водой из разбрызгивателя из расчёта 7-10 л воды на 1 м3 пиломатериалов и зачехлением штабеля полиэтиленовой пленкой; сушка в таком состоянии длится 30-40 мин. Затем полиэтиленовый чехол удаляется, и сушка продолжается в обычном порядке.

Сушка пиломатериалов из ольхи. По своему строению и физическим свойствам ольха близка к сосне. Технологии сушки данных пород подобны. Различие состоит в использовании более мягкого температурного режима: температура сушки составляет 90°С.

8.7 Сравнительный анализ

Преимущества. Качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки, энергозатраты средние: 550 кВт/ч на 1 м3 сосны, 2000 кВт/ч на 1 м3 дуба. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры. Универсальна, способна высушивать любые диэлектрические материалы: лекарственные травы, ягоды, фрукты, овощи, керамику, удобрения и т.д.

Недостатки. Высокая стоимость магнетронных генераторов и малый ресурс их работы (около 600 ч). Большие энергетические затраты. Трудность контроля процесса (над температурой среды и древесины, в силу специфики микроволновой энергии). Частота случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки -- до 8 м3 для хвойных пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.