Електрообладнання та електропостачання насосної установки

ВСТУП В основній масі споживачів електричної енергії значне місце займають насосні установки. Насоси це гідравлічні машини, призначені для переміщення крапельної рідини. Існують їх різновиди:

· за конструкцією (відцентрові, ротаційні, поршневі, вібраційні);

· за потужністю (від декількох ват до тисяч кіловат);

· за технологічними умовами (температура, хімічна активність, пожежонебезпечність і вибухонебезпечність).

З погляду електропостачання важливим питанням є категорія надійності живлення. Дуже часто це споживачі першої категорії: системи водопостачання, водовідливні установки шахт, нафтопроводи, системи охолодження. Вони не допускають перерв в електропостачанні, вимагають достатнього рівня резервування, використання складної апаратури керування. Одночасно режим роботи багатьох насосних установок дає можливість широко використовувати їх для вирівнювання графіка споживання електроенергії, тобто використовувати їх як регулятори електроспоживання.

У наш час область їхнього застосування настільки широка й різноманітна, що визначення насоса як машини для перекачування води було б однобічним. Крім водопостачання й каналізації міст, промислових підприємств й електростанцій, насоси застосовуються для зрошення й осушення земель, гідроакумулювання енергії, транспортування матеріалів. Існують живильні насоси казанових установок теплових електростанцій, суднові насоси, спеціальні насоси нафтової, хімічної, паперової, харчової й інших галузей промисловості.

Вибір типу насоса в кожному конкретному випадку виробляється з обліком його експлуатаційних і конструктивних якостей, що найбільш повно задовольняють технологічному призначенню розглянутої насосної станції.

Гідромеханізація — галузь виробництва, здійснюваного особливими механізмами із застосуванням води. У цій галузі використається в тому або іншому виді енергія маси, що рухається, води і потоку.

У сучасній практиці поняття «гідромеханізація» містить у собі сукупність технічних засобів руйнування твердих порід у місцях їх залягання, транспортування й укладання їх на новому місці за допомогою потоку води.

Гідромеханізація являє собою складну сукупність різних машин, дія яких пов’язана з використанням і перетворенням енергії.

Основними параметрами насосів, що визначають діапазон зміни режимів роботи насосної станції, склад її устаткування й конструктивні особливості є напір, подача, потужність і ККД.

На теперішній час затверджений ДСТ 17 398−72 «Насоси. Терміни та визначення.». Цей ДСТ передбачає єдину термінологію і визначення для всіх галузей народного господарства.

Основною метою роботи є поглиблення та систематизування теоретичних знань з курсу «Споживачі електричної енергії», набуття вміння та навичок застосування цих знань для розв’язання практичних задач і самостійна робота з навчально-технічною та довідниковою літературою.

1. УМОВИ ПРОЕКТУВАННЯ В даній курсовій роботі розглянемо насосну установку, призначену для осушення місцевості, тобто водовідливну установку гірничобудівної промисловості. В цьому випадку має місце водозбірник, при заповненні якого вмикається система, яка відкачує воду з водозбірника на більш високі рівні поверхні.

Задамося параметрами насосної станції:

Подача насосної установки характеризується обсягом переміщуваної води в одиницю часу Q = 300 мЗ/год .

Категорія надійності - І.

Потужність короткого замикання Sкз на шинах високої напруги джерела живлення складає Sкз=150 МВ•А.

Довжина похилої ділянки Lпох. = 700 м.

Кут нахилу б = 45о.

Довжина горизонтальної ділянки Lгор = 1000 м.

Віддаленість насосної станції від джерела живлення Lвід = 200 м.

Приймаємо:

· висоту всмоктувального трубопроводу Нвс = 3 м;

· насос типу ЦНС300−120−600;

· трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором типу ВАО-710M8;

· коефіцієнт запасу електродвигунаKз = 1,1;

· мінімальну освітленість Еmin = 150 лк у приміщенні насосної станції;

· приміщення сухе та чисте, коефіцієнт відбиття: від стелі - 0,7; від стін — 0,5; від підлоги — 0,1;

· номінальні потужності власних потреб:

§ заливного насосу Рнзн = 5кВт;

§ дренажного насосу Рндн = 5кВт;

§ електричних приводів засувок Рнепз = 3кВт;

§ лебідки Рнл = 3,5кВт;

§ механізм підйому крану Рнмпк = 10,5кВт;

§ механізм переміщення візка крану Рнмпв = 4,1кВт;

§ механізм переміщення моста крану Рнмпм = 4,1кВт;

§ апаратури автоматизації Рнаа = 4кВт;

· потужність ремонтного цеху: Рц = 300кВт, Qц = 185кВАр;

· станція працює 12 годин на добу, 313 днів на рік;

· час заповнення водозбірника — 2 години;

· кабелі типу АВВГ-10 (характеристика наведена в додатку Б).

2. ГІДРАВЛІЧНА СХЕМА РОБОТИ НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ Рис. 1. Гідравлічна схема насосної установки

1 — водоприймальний басейн; 9 — всмоктувальний клапан;

2 — нагнітальний трубопровід; 10 — водозбірник;

3 — засувка; Hг — геодезична висота;

4 — зворотний клапан; Нвс — висота всмоктування;

5 — манометр; Ннг — висота нагнітання;

6 — насос; Lпох. = 700 м;

7 — вакуумметр; Lгор = 1000 м;

8 — всмоктувальний трубопровід; б = 45о.

3. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРУБОПРОВОДІВ І РОЗРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВІДНОЇ МЕРЕЖІ

Згідно з гідравлічною схемою насосної установки внутрішній діаметр dн (м), нагнітального трубопроводу визначається виразом:

де Q3 — задана подача насосної установки, Q3 = 300 м3/год;

Vp — рекомендована швидкість води в трубопроводі, Vp = 2 м/с.

Тоді отримаємо внутрішній діаметр:

Обчислена величина dн округляється в мм до найближчого стандартного значення:

Діаметр всмоктувального трубопроводу приймається на 50 мм більшим, ніж нагнітального, отже:

Характеристика трубопроводу визначається виразом:

Hт = Нг+бQ2,

де Hт — сумарна втрата напору в трубопроводі, м;

Нг — геодезична висота, м;

б Q32 — динамічний напір, м;

б — коефіцієнт гідродинамічного опору, год2/м5;

Q — подача води в трубопроводі, м3/год.

Коефіцієнт гідродинамічного опору визначається з врахуванням нагнітального й всмоктувального трубопроводу та у загальному випадку вираз має вигляд:

де Аді - питомий гідравлічний опір по довжині в залежності від діаметру трубопроводу, год2/м6

Амі - питомий гідравлічний місцевий опір по довжині в зваженості від діаметру трубопроводу, год2/м5;

Lj — довжина трубопроводу одного перерізу, м;

l — коефіцієнт місцевого опору арматури трубопроводу.

Значення питомих гідравлічних опорів в залежності від діаметра трубопроводу вибираємо з табл. 2:

dН = 250 мм; dВ = 275 мм;

Аднг= 0,207· 10−6 год2/м6 Адвс = 0,125· 10−6 год2/м6;

Амнг = 1,63· 10−6 год2/м5; Амвс = 1,11· 10−6 год2/м5;

Що стосується місцевого опору, то враховують значення коефіцієнтів, обраних з табл.3:

прийомний пристрій із клапаном 8,0

прийомна сітка без клапану 1,0

коліно, зігнуте під кутом 90° із заокругленнями 0,4

коліно, зігнуте під кутом 150° із заокругленнями 0,25

засувка 0,25

зворотний клапан 10,0

трійник перехідний 1,5

перехід вузький 0,1

перехід широкий 0,25

дифузор 0,2

вхід в трубу 0,2

вихід із труби 1,0

З рис. 1 маємо:

· нагнітальна частина, м

Lнг = Lпох. + Lгор де Lпох = 700 м; Lгор = 1000 м.

Lнг = 700 +1000 = 1700 м Ннг= Lпох .sinб, де бкут нахилу, що дорівнює 45о Ннг = 700. sin45о = 495 м

· геодезична висота, м Нг=Нвс+Ннг де Нвс = 3 м;

Ннг = 495 м.

Нг = 3+495 = 498 м Розписавши формулу (3.2) вона буде мати такий вид:

= Аднг Lнг + Адвс Нвс + Амнг? нг + Амвс? вс Підставивши в формулу вище розраховані значення, для коефіцієнта гідродинамічного опору б:

Аднг= 0,207· 10−6 год2/м6 Адвс = 0,125· 10−6 год2/м6;

Амнг = 0,163· 10−6 год2/м5; Амвс = 1,11· 10−6 год2/м5;

Lнг = 1700 м; Нвс = 3 м; вс = 9,6; нг = 12,35.

отримаємо:

= (0,2 071 700 + 0,1253 + 1,6312,35 + 1,119,6)10−6 = 0,383 год2/м5

Характеристика трубопроводу має такий кінцевий вигляд:

Нт = 498+0,383 Q 2

Після одержання значення коефіцієнта гідродинамічного опору б, розраховуються значення втрати напору в трубопроводі при декількох проміжних значеннях подачі згідно виразу Нт, на підставі чого будується графік трубопровідної мережі, де по горизонтальній осі відкладається подача, а по вертикальній — напір (мал.2).

Рис. 2 Залежність сумарної втрати напору в трубопроводі від подачі

4. ВИБІР ТИПУ І КІЛЬКОСТІ НАСОСНИХ АГРЕГАТІВ Кожен насос має напірну характеристику Нн = f (Q), характеристику ККД зн = f (Q), допустиму висоту всмоктування Ндоп.вс. Характеристики насосів можна виразити у вигляді аналітичних залежностей:

Нн = H0 + AQ — BQ2

зн = aQ — bQ2 + cQ3,

де в даних виразах напірна характеристика має вигляд для одного робочого колеса;

H0, А, В, а, b, с — постійні коефіцієнти в залежності від типу насоса.

Приймаємо насос з табл.4, типу ЦНСК 300−120−600 з такими характеристиками[1]:

подача Q = 300 мЗ/год;

напір Н = 120 600 м;

допустима висота всмоктування Ндоп. вс = 5 м частота обертання двигуна 1475 хв-1

напір одного колеса Нн = 66,9+ 0,04Q — 0,00022Q2

ККД зн = 59,710−4Q — 14,6 10−6Q2 + 0,96 10−8Q3

Прийнявши насос, подача якого Qн? Qз, на одній діаграмі будується характеристика трубопроводу і напірна характеристика одного колеса обраного насоса, і прийнята кількість коліс, щоб перетинання характеристики насоса з декількома колесами і характеристики трубопроводу було в зоні заданої подачі (рис.3). Ця точка перетинання відповідає робочій точці насоса з параметрами Qр і Hp. Будується характеристика ККД насоса і визначається зр згідно Qp.

Правильність вибору насоса визначається виконанням умов:

· відсутність кавітації.

Hвс < Ндоп.вс.

· подача необхідної кількості води;

Qр? Qз

· подача води при спаданні напруги;

Нг? 0,9Н0

· економічність роботи насоса;

зр? 0,95зmax

Таблиця 1. Таблиця графіків трубопровідної мережі, напірних характеристик і ККД

Рис. 3 Напірна характеристика, характерстика ККД.

Знаходимо параметри робочої точки насоса:

Qр = 305 мЗ/год;

Нр = 540, м;

зр = 0,73;

зmax = 0,735.

Перевіряємо умови на правильність вибору насоса:

· подача необхідної кількості води;

Qр? Qз 305 >300

· подача води при спаданні напруги;

Нг? 0,9Н0 498 0,9•602,1

498 542

· економічність роботи насоса;

зр? 0,95зmax 0,73 0,95•0,735

0,73 0,698

· відсутність кавітації.

Hвс? Ндоп.вс. 3 5

Обраний насос задовольняє всі необхідні умови.

Обираємо два насоси типу ЦНСК 300−120−600, у яких по 9 робочих коліс. За умови виходу з ладу одного, другий зможе повністю взяти на себе все навантаження (так як наша станція є споживачем першої категорії)

5. ВИЗНАЧЕННЯ ПОТУЖНОСТІ І ВИБІР ДВИГУНА НАСОСА Потужність електродвигуна насоса Рд, кВт, обчислюється по формулі:

де Kз — коефіцієнт запасу, Kз = 1,1;

Qp = 305 мЗ/год;

зр = 0,73;

Hp = 540 м — параметри робочої точки насоса;

с — густина води, с = 1000 кг/м3;

g — прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2.

Виходячи з отриманого значення Рд вибираємо найближчу більшу стандартну потужність двигуна Рн, орієнтуючись на трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, таб. 4.

Асинхронний двигун типу ВАО-710М8:

Рн = 800 кВт;

Uн = 10 кВ;

зн = 95,6%;

cosцн = 0,85;

Iп/Iн = 6,;

nн = 800 об/хв;

Мп/Мном = 1,4;

М max /Mп = 2,4.

Визначаємо коефіцієнт завантаження двигуна:

Визначаємо фактичний струм двигуна (А):

де фактичні значення коефіцієнта потужності і к.к.д. визначаються множенням номінальних значень на відносні, які знаходимо за значенням згідно табл. 5.

При = 0,845 маємо такі значення:

cosцвідн = 1,0;

звідн = 1,01.

Фактичне значення коефіцієнта потужності:

cosцф = 0,9•1,0 = 0,9;

Фактичне значення к.к.д.:

зф = 0,956•1,01 =0,965

Фактичний струм двигуна:

6. РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЕННЯ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

Для визначення геометричних розмірів приміщення насосної установки потрібно знати габаритні розміри самої насосної установки, котрі показані на рис. 3.

Рис. 4. Габаритні розміри насосної установки ЦНС Для насосу ЦНСК 300−120−600 габаритні розміри наведені нижче:

L= 2305 мм;

В= 821 мм;

Н= 631 мм.

Розміри приміщення насосної станції визначають виходячи з геометричних розмірів насоса і кількості насосів: довжина A = 21 м, ширина B=14м, висота

H = 9 м.

Схема розміщення насосної установки у приміщені показана на рис.4

Рис. 5. Розміщення насосної установки в приміщені

Розрахунок освітлення ведеться методом світлового потоку. Приміщення за умовою сухе та чисте, коефіцієнт відбиття: від стелі - 0,7; від стін — 0,5; від підлоги — 0,1. Норма освітлення, згідно з [4], Е = 150 лк, коефіцієнт запасу приймаємо кз=1,5.

Розрахуємо відстань від світильника до робочої поверхні:

h = H — hphc,

де H — висота, H = 9 м;

hp — робоча висота, hp = 0,8 м;

hc — висота кріплення світильника, hc= 0,2 м.

h = 9 — 0,8- 0,2 = 8 м Знаходимо індекс приміщення:

де А-довжина, A = 21 м

Bширина, B=14м;

h-висота підвісу світильника, h = 9 м.

По таблиці9.14 знаходимо коефіцієнт використання світлового потоку:

і1=0,8; з1= 0,64

і2=1,25; з2= 0,78

для ламп ДРЛ л=0,77.

Розрахуємо відстань між світильниками, м:

La=л?h

La =0,77•8=6,16

Приймаємо La= 6,16 м.

Знаходимо кількість світильників (шт.):

Приймаємо кількість світильників N = 8.

Визначимо світловий потік, лм:

Де kзкоефіцієнт запасу, kз = 1,5;

S — площа освітлювального приміщення, м2;

z — коефіцієнт нерівномірності освітлення, z =1,15.

S=A•B

S=м2

Обираємо лампу ДРЛ-250з додатку Азі світильникомРСП-18(КСС Г-2).

Паспортні дані ДРЛ-250:

Ф=13 000 лм Р = 250 Вт;Ip = 2,1 А;

U = 130 B;Iп = 4,5 А.

Перевіряємовиконання умови:

10 329< 13 000 <13 772

Світильники розміщуємо в 2 ряди по 4 в кожному.

Відстань між крайнім світильником в ряду і стіною, м:

де nкількість світильників в ряду, n = 4.

Відстань від світильника до стіни по ширині, м:

=4,68 м

b=2,34 м

Рис. 6. Схема розміщення світильників Виконаємо перевірку за точковим методом. Визначимо освітленість для точки А. По рис. 6. знайдемо відстані від світильників до розглядуваної точки:

Маючи значення відстаней від світильників до розглядуваної точки, а також висоту підвісу світильників над підлогою, по кривим просторових ізолюкс розраємо значення умовних освітленостей.

Рис 7. Криві просторових ізолюкс

e1=0,75лм,

e2=4,5лм.

Знаходимо фактичну освітленість в розглядуваній точці за допомогою виразу (лк):

де Ф — світловий потік лампи, Ф = 13 000 лм;

kз-коефіцієнт запасу, kз = 1,5;

мкоефіцієнт неврахування освітленості від інших світильників;

м= 1,1;

— сумаосвітленостейвідсвітильників згідно кривих просторовихізолюкс (лм).

датчик насосний станція енергія Знаходимо фіктивну освітленість для точки А:

Перевіряємо виконання умови:

135<200

Знайдене значення освітлення відповідає необхідному.

Визначаємо активну потужність системи освітлення, Вт:

Росв = NP

де Nкількість ламп, N = 8;

Р — потужність ламп ДРЛ-250, Р = 250 Вт.

Росв = 8250 = 2000Вт Визначаємо реактивну потужність системи освітлення, Вар:

Qосв = Росвtg

Qосв = 20 000,62 = 1240 Вар.

7. ВЛАСНІ ПОТРЕБИ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ І ЇХ ПОТУЖНІСТЬ Власними потребами насосної станції є заливні насоси, лебідки, електроприводи засувок на трубопроводах, дренажні насоси, підйомно-транспортні механізми у вигляді мостових кранів, тельферів і т.д.

Розрахунок електричних навантажень власних потреб відбувається методом розрахункових коефіцієнтів. Вихідними даними для розрахунку є номінальна потужність, коефіцієнт потужності та кількість споживачів. Якщо механізм працює в повторно-короткочасному режимі, то його потужність приводиться до тривалості включення ТВ = 100%.

Розрахунок власних потреб насосної станції приведено на прикладі розрахунку заливного насосу. Показники для інших споживачів зведені в таб. 2. Номінальна потужність лебідки Рн = 3,5кВт, кількість лебідок в насосній установці n = 1, сумарна потужність Рн = Рн n = 3,5кВт, коефіцієнт потужності cos = 0,65, коефіцієнт використання kв = 0,5.

Проміжна потужність лебідки Рпр (кВт):

Рпр = kвРн Рпр = 0,53,5 = 1,75кВт Проміжна реактивна потужність Qпр (кВар) :

Qпр = Рпр tg

Qпр = 1,751,16 = 2кВар

Таблиця 2. Показники власних потреб насосної станції

Ефективне число електричних приймачів:

де — сума потужностей всіх власних споживачів насосної станції;

— сума квадратів потужностей всіх власних споживачів насосної станції.

Знаходимо груповий коефіцієнт використання:

де — сума проміжної потужності споживачів, = 18,363кВт;

— сума активних номінальних потужностей, = 53,2кВт.

По Kв=0,345 та nеф = 6,41 згідно визначаємо коефіцієнт розрахункового навантаження, виконавши ітерацію:

kв1=0,3; kp1=1,13;

kв2=0,4; kp2=1,06;

kв=0,345

Розрахункова активна потужність (кВт):

Рр = Pпрkр, де Pпр = 18,363кВт;

kркоефіцієнт максимуму.

Рр = кВт Оскільки nеф =6,41,тому розрахункова реактивна потужність знаходиться як:

Qp = 1,1

Qр = 1,1· 17,37=19,107кВар До власних потреб відносять і потужність ремонтного цеху, для якого приймаємо:

Рц = 300кВт; Qц = 185кВар.

Повне навантаження власних потреб з врахуванням навантаження освітлення та потужності ремонтного цеху:

Розрахуємо необхідну потужність трансформаторів власних потреб для встановлення їх при насосній станції:

Вибираємо за таблицею 3.3 наступні трансформатори власних потреб ТСЗ-400/10з такими паспортними даними:

Sн= 400 кВА; Рх = 1300 Вт; Iх = 3%.

Uвн = 10 кВ; Рк = 5400 Вт;

Uнн = 0,4 кВ; Uк=5,5%;

Знайдемо коефіцієнт завантаження і коефіцієнт потужності трансформатора:

8. ЕЛЕКТРИЧНА СХЕМА ЖИВЛЕННЯ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

Насосна станція живиться від ГПП, віддаленій на Lвід= 200 м. На ГПП встановлені два понижуючі трансформатори з РПН 110/10 кВ. Для забезпечення захисту від замикання на землю i контролю ізоляції на шинах РУ 10 кВ встановлено два трансформатори НТМИ-10 зi схемою з'єднання обмоток Y/0-A, живлення високовольтного двигуна забезпечується кабельною лінією на U = 10 кВ від РУ ГПП. Захист двигуна виконується вимикачами. Власні потреби насосної станції отримують живлення від РУ двох трансформаторної підстанції з трансформаторами 10/0,4 кВ з ПБВ, що знаходяться в приміщенні насосної станції. Схема з'єднання шин — двохсекційна з АВР на високій та низькій сторонах. Для захисту низьковольтної сторони встановлені трансформатори струму.

Рис. 8. Електрична схема живлення насосної станції

9. ВИБІР МЕРЕЖІ ЖИВЛЕННЯ ОКРЕМИХ СПОЖИВАЧІВ СТАНЦІЇ

9.1 Розрахунок живильної мережі двигуна насосу Переріз F (мм2) живильного кабелю двигунів насосів при напрузі 10 кВ повинен задовольняти вимогам у відношенні гранично припустимого нагрівання при нормальних режимах роботи.

Отже, умовою перевірки обраного перерізу живильного кабелю за допустимим струмом навантаження є

Iдоп > Iр де Iр — розрахунковий струм, що протікає по живильному кабелю, А.

Вибираємо кабель АВВГ (4?10)за додатком Б.

Обраний стандартний переріз кабелю перевіряється з умов нагрівання, втрати напруги в нормальному режимі і термічній стійкості до струмів короткого замикання.

Вибір за умовам нагрівання в нормальному режимі виконується згідно довідкових таблиць припустимих струмів у залежності від матеріалу, перерізу і виду провідника.

Ідоп = 50А Іp= 44,93А — умова виконується.

Перевірку за втратою напруги (В) робимо за допомогою виразу:

U=

де lkдовжина кабеля, км;

lk = Lвідkпр, де Lвід — віддаленість насосної станції від джерела живлення, Lвід = 200 м;

kпркоефіцієнт провисання, kпр = 1,05.

lk = 0,5 1,05 = 0,21 км

roпитомий активний опір кабелю, Ом/км;

де — провідність матеріалу провідника, для алюмінію, = 32м/Оммм2;

Fстандартний переріз силової жили кабелю, F = 10 мм²;

хо — питомий реактивний опір кабелю, хо = 0,08 Ом/км;

cosф — фактичний коефіцієнт потужності двигуна;

sinф — відповідно до значення cosф.

Підставивши розраховані величини у формулу (9.1) отримаємо:

U=

Втрати напруги в мережі не повинні перевищувати 5% номінальної напруги.

U% = (U/Uн) 100%,

де Uнномінальна напруга вибраного двигуна, Uн= 10кВ.

U% = (44,08/10 103) 100 =0,44%

Для перевірки кабелю на термічну стійкість струмів короткого замикання визначається мінімальний перетин кабелю Fmіn (мм2) виходячи з заданої потужності короткого замикання Sкз на шинах розподільного пристрою згідно виразу дефіктивний час проходження КЗ, при відсутності витримки часу, приймають час спрацювання апаратів, приблизно = 0,25 с;

С — розрахунковий коефіцієнт в залежності від матеріалу провідника, для міді С = 88;

— установлене значення струму к.з., А.

Де Sкзпотужність КЗ, Sкз=150 МВА;

U — напруга високовольтної мережі, на 5% більше за номінальне значення;

Uб = Uн+ 0,05Uн де Uн = 10 кВ

Uб = 10 + 0,05.10 = 10,5 кВ Підставивши значення:

Переріз силової жили кабелю F =10 мм2 повинен дорівнювати чи бути більше, ніж мінімальне Fmin=46,7 мм² відповідно до умови термічної стійкості до струмів к.з.

Умова не виконується. Необхідно взяти кабель більшого діаметра.

Вибираємо кабель АВВГ-10-(450) [додаток Б]. Допустимий струм 136 А. Так як кабель меншого перерізу пройшов перевірку по спаданню напруги, для даного кабелю перевірку вже не проводимо.

9.2 Розрахунок високовольтної мережі

Високовольтну мережу вибираємо за допустимим струмом навантаження в номінальному режимі.

Розраховуємо струм трансформатора в аварійному режимі:

Попередньо вибираємо з додатку Б кабель типу АВВГ-10(4?50), стандартне значення перерізу F=50 мм2. Обраний стандартний переріз перевіряється з умов нагрівання, спадання напруги в нормальному режимі і термічній стійкості до струмів короткого замикання.

І < Ідоп

32,33 А<136 А Перевірка за втратою напруги .

Згідно Згідно

U

Втрати напруги в мережі не повинні перевищувати 5% номінальної напруги.

U% = (U/Uн) 100%

де — номінальна напруга, Uн = 10 000 В;

U% = (6,68/10 000) 100%=0,0668%,

Умова виконується.

9.3 Розрахунок мережі живлення для споживачів власних потреб напругою до 1кВ Мережа живлення при напрузі менше 1кВ вибирається з умов нагрівання в нормальному режимі і перевіряється на допустиму втрату напруги в нормальному режимі.

Перевірка за припустимою втратою напруги виконується з урахуванням втрати напруги в живильному трансформаторі. Таким чином, сумарні втрати напруги Uскладаються з втрат напруги в трансформаторі Uтр та в кабелі Uк:

U = Uтр + Uк Втрати напруги в трансформаторі Uтр (%) в нормальному режимі роботи визначаються по формулі

декоефіцієнт завантаження трансформатора,=0,47;

erвідносна величина активної складової напруги к.з. трансформатора, %;

eх-відносна величина реактивної складової напруги к.з. трансформатора, %;

cos — коефіцієнт потужності, cos = 0,7;

Відносна величина активної складової напруги к.з. трансформатора:

ег = (Pкз100/Sном) депотужність КЗ трансформатора, Pкз = 5,4кВт;

Sтрномінальна потужність трансформатора, Sтр = 400 кВА.

ег = (5,4100/400)=1,35%

Відносна величина реактивної складової напруги к.з. в трансформаторі:

де eкз — напруга к.з. трансформатора, eкз= 5,5%;

Втрати напруги в трансформаторі (8.6) складають:

Uтр=

Втрати напруги в трансформаторі в вольтах складають:

Uтр =(UтрUном)/100

деUн — номінальна напруга низьковольтної мережі, Uн = 400 В.

Uтр =(1,88 400)/100=7,52 В Сумарні втрати напруги Uне повинні перевищувати 10% Uн.

Вибір кабелю до кожного споживача приведений нижче. Прикладом розрахунку буде слугуватилебідка:

Знаходимо струм:

Де Рн = 3,5кВт;

Uн = 0,4кВ;

= 85%;

cos= 0,65;

Вибір перерізу кабелю здійснюється згідно з додатком Б, F = 2,5 мм²,

Ідоп = 21А, кабель чотирьохжильний АВВГ 4×2,5, довжина кабелю

lк= 8 м.

U

Де = 32 м/Оммм2;

F = 2,5 мм²;

хо= 0,08 Ом/км;

U = Uтр + Uк Де Uтр = 7,52В

U = 7,52+ 1,19= 8,71 В <40 В (10% відUнн) Розрахунки для інших споживачів зводимо в таблицю 3.

Таблиця 3. Розрахунок мережі живлення власних потреб

10. TЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

До техніко-економічних показників насосної станції відноситься:

— витрата електричної енергії на подачу одиниці об'єму води;

— вартість на подачу одиниці об'єму води Собівартість електричної енергії за рік визначається за формулою:

де Т — кількість днів на рік, коли працює станція, Т = 313 днів;

=0,95 — ККД ЛЕП, де Р — потужність, яка використовується кВт, Р = 800 кВт;

T1, T2, T3 — час, у який використовується певний тариф:

T1 — піковий час; Т2 — напівпіковий час; Т3 — час спаду навантаження.

Tl = 3год; Т2 = 6 год; Т3 = 3 год, сі - тариф у відповідний час, грн.

с1=1,23грн; с2=0,75грн; с3=0,26грн;

грн/рік Знаходимо собівартість подачі одиниці об'єму води:

де V-об'єм водозбірника.

Водозбірник працює на протязі двох годин. Отже по відомій подачі насосу визначимо об'єм водозбірника

V = Qt

V = 3002 = 600 м³

Таким чином вартість подачі:

11. ВИКОРИСТАННЯ НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ ЯК РЕГУЛЯТОРА ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ Робота насосної установки на підприємстві тією чи іншою мірою визначається технологічним режимом роботи. Однак за допомогою деяких заходів можливо забезпечити не включення насосних установок протягом часу максимуму навантаження енергосистеми i, таким чином, знизити потужність підприємства.

До таких заходів належить заміна poзмipiв водозбірника i забезпечення його повного заповнення до початку періоду максимуму навантаження енергосистеми (повна відсутність води в водозбірнику при його послідуючому заповненні).

Ємність водозбірника в цьому випадку визначається виходячи з графіка водоспоживання з обліком не включення нacociв протягом nepioдy максимуму (3−4 години).

Система автоматизації водопостачання повинна мати годинний механізм i забезпечити такий режим роботи насосів, щоб до початку максимуму навантаження енергосистеми водозбірник був наповнений цілком.

Економічна ефективність зазначеного способу визначається порівнянням, з одного боку, зменшення оплати за заявлену потужність i, з iншoгo боку, додатковими витратами на збільшення poзмipiв водозбірника. Як приклад наведемо розрахунок:

Об'єм водозбірника:

Водозбірник працює на протязі двох годин. Отже по відомій подачі насосу визначимо об'єм, який проходить через водозбірник за 3 години.

V = Qt

V = 3002 = 600 м³

Збільшимо розмір водозбірника вдвічі, тим самим зможемо компенсувати роботу насосної установки у часи піку, оскільки часроботи насосної установки збільшиться вдвічі.

Визначаємо річну собівартість електричної енергії насосної установки при збільшеному водозбірнику:

Знаходимо різницю між двома показниками:

ДЕ=С1 — С2

ДЕ =2 364 303−1 597 288 = 767 015грн/рік Об'єм водозбірника визначається за формулою:

Vв1=ABH

Приймаємо, що довжина, ширина, висота — розміри водозбірника відповідно, А = 10 м, В = 6 м, Н =5 м.

Об'єм при цих poзмipax:

Vв1=10?6?5=300 м3

Площа водозбірника:

Sв1=2.А.Н + 2.В.Н+ А. В,

Sв1 = 2· 10·5+2·6·5+10·6=260м2

При збільшенні розмірів водозбірника у два рази отримаємо:

Довжина, А = 10 м, ширина В = 10 м. висота Н = 6 м Об'єм при цих poзмipax:

Vв2=10?10?6=600 м3

Площа водозбірника:

Sв2 = 2· 10·6+2·10·6+10·10=340 м2

Розраховуємо різницю площ:

S = Sв2-Sв1

де Sв1 = 260м2- площа до збільшення водозбірника;

Sв2 = 340м2- площа після збільшення водозбірника;

S = 340 — 260= 80 м²

Знаходимо капіталовкладення ДК за формулою:

?К=S · В де В — ціна за квадратний метр водозбірника, В = 150 грн/м2;

?К = 80?150 = 12 000грн.

Термін окупності:

Хоча затрата на збільшення ємностіводозбірника мають місце, але вигідність цього заходу в тому, що насосна установка заливається водою не в піковий період доби, а в нічний час, коли електрична електроенергія дешева.

12. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС Електрична енергія витрачається на роботу двигуна, на освітлення приміщення, на роботу допоміжних споживачів, таких як: лебідка, електроприводи засувок, заливні насоси, дренажний насос, механізми підйому, переміщення візка та моста, а також втрачається в мережі та у трансформаторі. Розрахуємо їх для нашого випадку.

12.1 Корисні втрати деРдфактична потужність двигуна, Pд.=676 кВт;

t — час роботи установки, год/добу;

Т — кількість робочих днів на рік, днів/рік.

12.2 Втрати потужності двигуна знаходимо за виразом

де Рф — фактична потужність двигуна;

ф — фактичний ККД;

Звідси знаходимо втрати енергії:

де кз — розрахований коефіцієнт завантаження двигуна, кз=0,846;

t — час роботи двигуна, t = 12 год/добу;

Т — кількість робочих днів насосної станції на рік.

12.3 Витрати на освітлення приміщення Витрати на освітлення приміщення знаходимо за формулою:

де — розрахована активна потужність освітлення, = 2кВт;

kдкоефіцієнтврахування ПРА, kд= 1,12;

kпкоефіцієнтпопиту, kп= 0,95;

tчас роботи світильників в год/рік, відрізняється для двох сезонів.

Припустимощоосвітленняпрацює за однакових умов як для літньогоперіоду так і для зимовоготодіотримаємо:

12.4 Розрахунок витрат електричної енергії на роботу додаткових споживачів Витрати електричної енергії на роботу додаткових споживачів розраховують за формулою:

— потужність лебідки, кВт;

— номінальна потужність роботи заливного насосу, кВт;

— номінальна потужність роботи дренажного насосу, кВт;

— потужність електроприводів засувок, кВт;

— номінальна потужність механізму підйому, кВт;

— номінальна потужність механізму переміщення вантажу, кВт;

— номінальна потужність механізму переміщення моста, кВт;

— потужність апаратури автоматизаціі, кВт;

— потужність ремонтного цеху, кВт;

, — відповідний час роботи, год/добу;

Знайдемо річні витрати на власні потреби станції:

12.5 Втрати в трансформаторі

Розрахунок втрат в трансформаторі за рік робимоза формулою:

де — потужність трансформатора в режимі холостого ходу;

— потужність трансформатора в режимі короткого замикання;

год/рік — час підключення трансформатора до мережі;

— коефіцієнт завантаження трансформатора, = 0,47;

— час роботи при максимальному навантаженні трансформатора.

Tmax — час максимального навантаження станції.

Тоді підставимо значення та отримаємо наші втрати в трансформаторі:

12.6 Розрахунок втрат в мережі

де — активний опір лінії, Ом

— розрахований струм, А

Tmax — час роботи насосної станції, Tmax = 3756 год/рік.

Втрати живильного кабелю двигунів насосів:

І = 44,34 А.

Втрати в кабелі для трансформаторів:

І = 32,33 А.

Таким чином знаходимовтрати у високовольтніймережі:

12.7 Втрати кабелю в низьковольтній мережі

Для лебідки:

=9,14 A, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для заливного насосу:

=11,87 A, =0,008 км, =12,5 Ом/км.

Для дренажного насосу:

=14,05А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для електроприводів засувок:

=8,43А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для механізму підйому:

=20,3А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для механізму переміщення візка:

=9,85А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для механізму переміщення моста:

=9,85А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Для апаратури автоматизації:

=10,12А, =0,01 км, =12,5 Ом/км.

Таким чином знайдемо втрати в низьковольтній мережі:

Оскільки корисні витрати електричної енергії на роботу насоса є найбільшими і займають 96% усіх витрат енергії, для наглядності на круговій діаграмі їх зображати не будемо.

Таб.4. Витрати енергії на роботу станції

Рис. 8. Балансова діаграма витрат електричної енергії на роботу насосної станції

13. ШЛЯХИ ЕКОНОМІЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В НАСОСНІЙ УСТАНОВЦІ

Останнім часом розробляються методи, які б дозволили надійно прогнозувати економію електричної енергії, яку можна отримують в результаті введення енергозберігаючих заходів в насосних установках.

Економію електричної енергії при експлуатації насосних установок можна одержати за допомогою таких заходів:

1. Зменшення втрат напору в трубопроводі

За допомогою зазначеного способу міняється робоча точка насосу, підвищується ефективність його роботи.

Змінимо швидкість Vp= 2 м/с на більшу і приймемо її значення

Vp= 2,2м/с. Тоді отримаємо наступне значення dн:

Обчислену величинуdн округлимо:

Діаметр всмоктувального трубопроводу приймемо на 25 мм більшим, ніж нагнітального, отже:

Характеристика трубопроводу визначається виразом:

Hт= Нг+бQ2

де Hт — сумарна втрата напору в трубопроводі, м;

Нг — геодезична висота, м;

бQ2 — динамічний напір, м;

бкоефіцієнт гідродинамічного опору, год2/м5;

Q — подача води в трубопроводі, м3/год.

Коефіцієнт гідродинамічного опору визначається з врахуванням нагнітального й всмоктувального трубопроводу та у загальному випадку вираз має вигляд:

де Адіпитомий гідравлічний опір по довжині в залежності від діаметру трубопроводу, год2/м6

Аміпитомий гідравлічний місцевий опір по довжині в зваженості від діаметру трубопроводу, год2/м5;

Ljдовжина трубопроводу одного перерізу, м;

lкоефіцієнт місцевого опору арматури трубопроводу.

Значення питомих гідравлічних опорів в залежності від діаметра трубопроводу вибираємо з табл. 2[1].

dн= 225 мм; dв = 250 мм;

Аднг= 0,363· 10−6 год2/м6 Адвс= 0,207· 10−6год2/м6;

Амнг= 2,48· 10−6год2/м5; Амвс= 1,63· 10−6год2/м5;

Що стосується місцевого опору, то враховують значення коефіцієнтів, обраних з табл.3[1]:

На всмоктувальній частині:

вхід у трубу 0,2

вихід з труби 1,0

прийомний пристрій із клапаном 8,0

коліно, зігнуте під кутом 90° із заокругленнями 0,4

сума в 9,6

На нагнітальній частині:

вхід у трубу 0,2

вихід із труби 1,0

коліно, зігнуте під кутом 150° із заокругленнями 0,25

засувка 0,25

зворотний клапан 10,0

коліно, зігнуте під кутом 90° із заокругленнями 0,40

сума нг 12,35

З рис. 1 маємо:

· нагнітальна частина, м

Lнг= Lпох. + Lгор ,

де Lпох = 700 м; Lгор = 1000 м.

Lнг= 1000 +700 = 1700 м Ннг=Lпох.sinб, де бкут нахилу, що дорівнює 45о Ннг = 700. sin45о = 495 м

· геодезична висота, м Нг=Нвс+Ннг, де Нвс = 3 м;

Ннг = 495 м.

Нг = 3+495 = 498 м Розписавши формулу (3.2) вона буде мати такий вид:

= АднгLнг + АдвсНвс+ Амнг? нг+Амвс? вс Підставивши в формулу вище розраховані значення, для коефіцієнта гідродинамічного опору б:

Аднг= 0,363· 10−6 год2/м6 Адвс= 0,207· 10−6год2/м6;

Амнг= 2,48· 10−6год2/м5; Амвс= 1,63· 10−6год2/м5;

Lнг = 1700 м; Нвс = 3 м; вс= 9,6; нг= 12,35.

отримаємо:

= (0,3 631 700 + 0,2073 +2,4812,35 + 1,639,6)10−6 = 0,661год2/м5

Характеристика трубопроводу має такий кінцевий вигляд:

Нт = 498+0,661Q2

Приймаємо той самий насос типу ЦНС 300−120−600 з такими характеристиками[1]:

подача Q = 300 мЗ/год;

напір Н = 120 600 м;

допустима висота всмоктування Ндоп. вс= 5 м напір одного колеса Нн= 66,9+ 0,04Q- 0,00022Q2

ККД зн = 59,710−4Q- 14,6 10−6Q2 + 0,96 10−8Q3

Таблиця 5. Таблиця графіків трубопровідної мережі, напірних характеристик і ККД

Визначенняробочої точки насосу Рис. 9. Напірна характеристика, характерстика ККД.

Знаходимо параметри робочої точки насоса:

Qр= 300мЗ/год;

Нр= 520 м;

зр = 0,74;

зmax = 0,74.

Перевіряємо умови на правильність вибору насоса:

· подача необхідної кількості води;

Qр? Qз 300=300

· подача води при спаданні напруги;

Нг? 0,9Н0 498 0,9•602

498 542

· економічність роботи насоса;

зр? 0,95зmax 0,74 0,95•0,74

0,74 0,703

· відсутність кавітації.

Hвс? Ндоп.вс. 3 5

Обираємо насос ЦНС 300−540.

Потужність електродвигуна насоса Рд, кВт, обчислюється по формулі:

де Kзкоефіцієнт запасу, Kз = 1,1;

Qp= 300 мЗ/год;

зр = 0,74;

Hp = 520м — параметри робочої точки насоса;

сгустина води, с = 1000 кг/м3;

gприскорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2.

Виходячи з отриманого значення Рд вибираємо найближчу більшу стандартну потужність двигуна Рн, орієнтуючись на трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, таб. 4.17[2].

Асинхронний двигун типу ВАО560L4:

Рн = 630кВт;

Uн = 10кВ;

зн = 94,5%;

cosцн= 0,9;

Собівартість електричної енергії за рік зі зменшеним діаметром трубопровода:

грн/рік Знаходимо різницю між двома показниками:

Таким чином зменшенні діаметра нагнітального трубопроводу дозволяє нам заощадити близько 500 000 гривень на рік.

2. Встановлення датчиків руху в приміщенні насосної станції.

Робота насосних агрегатів автоматизована, тому постійна присутність на станції людей не є необхідністю. Нехай майстер заходить для перевірки справності агрегатів двічі за робочу зміну і знаходиться в приміщенні близько 30 хвилин. В час, коли людей в приміщенні нема, освітлювальна система вимикається.

За попередніми розрахунками освітлювальна система споживає за рік:

де t — час роботи освітлювальної системи, год/рік.

Тепер час роботи освітлювальної системи стане:

Обрахуємо економічний ефект від вжитого заходу:

Світло на станції вмикалось в темний період доби, тобто в вечірній або нічний час — період спаду напруги. Таким чином обрахуємо собівартість електричної енергії, споживаної освітлювальною системою за умови її 12-годинної роботи:

За умови встановлення датчиків руху витрати становитимуть:

Знаходимо різницю між двома показниками:

Датчик руху Hager ЕЕ620 ІР54 10А коштує 540 грн. Це і становить суму капіталовкладень.

Термін окупності:

Хоча встановлення датчика руху несе за собою певні витрати, але цей захід дозволяє на електропостачання системи освітлення.

ВИСНОВОК Розрахунок електрообладнання та електропостачання насосної установки ведеться поетапно.

Перш за все розраховується трубопровідна мережа, її характеристика, відповідно до якої вибирається тип і кількість насосних агрегатів з необхідними двигунами.

Після розрахунку значення втрати напору в трубопроводі при декількох проміжних значеннях подачі згідно виразу Нт, япобудував графік трубопровідної мережі рис. 2. Виходячи з напірної характеристики насосу та визначивши робочу точку насоса можна зробити висновок, що обраний насос нас задовольняє, тобто я обрав два насоси типу ЦНС 300 — 540, у яких по9 робочих коліс.

Далі я обирав асинхронний двигун типу ВАО-710М8за обчисленою потужністю, та розрахувала його фактичний струм, що складає 44,9 А.

Також провівши повний розрахунок освітлення насосної станції, я обчислив необхідну кількість світильників та обрала8 світильникиРСП-18(КСС Г-2)та типом лампи ДРЛ — 250 зі світловим потоком Ф = 13 000.

Насосна установка має власних споживачів, до яких належать: лебідки, заливний насос, дренажний насос, електричні приводи засувок, елементи автоматизації, кран з механізмом підйому, переміщення візка та моста, цех для ремонту обладнання. Отже, я провів розрахунок потужності власних потреб насосної станції на прикладі розрахункулебідки, а показники для інших споживачів заніс до таблиці 2. Обрав трансформатори власних потреб ТСЗ-400/10.

Також у даній роботі проектується електрична схема живлення насосної станції, вибирається мережа живлення окремих споживачів, усі данні розрахунків занесені до табл. 3.

До розрахунку техніко-економічних показників насосної станції належить розрахунок втрат електричної енергії на подачу одиниці об'єму води, розрахунок вартості на подачу об'єму води.

Одним із пунктів було дослідження можливості використання насосної установки як регулятора електроспоживання. Отже, я з’ясував, що при збільшенні розмірів водозбірника у два рази отримаємо термін окупності Т=0,014 року. Хоча затрата на збільшення ємності водозбірника мають місце, але вигідність цього заходу в тому, що насосна установка заливається водою не в піковий період доби, а в нічний час, коли електрична електроенергія дешева.

Розрахувавши енергетичний баланс насосної станції та врахувавши усі витрати електричної енергії можна побачити, що найбільша частина електричної енергії витрачається на роботу насоса. Що ж до втрат електричної енергії, то найбільшу частку з них складають втрати у двигуні, що видно на круговій діаграмі.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з курсу «Споживачі електричної енергії «на тему «Електрообладнання та електропостачання насосної установки» для слухачів МІПО спеціальності 7.8 «Електротехнічні системи Елекроспоживання» О.І.Соловей, А. В. Чернявський. — К.: ВПІ ВПК «Політехніка «, 2007. — 64с.

2. http://principact.ru/content/view/154/113/ «Технические данные асинхронных двигателей переменного тока с к.з. ротором серии 4А (IP44, ICA0141) «

Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / Крючков И. П., 4-е изд. -М.: Энергоатомиздат, 1989. — 608 с.

3. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберг. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 688с.

4. Кнорринг Г. М. Осветительные установки. — Л.: Энергоиздат, 1981. — 288 с.

5. Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

6. Липкин Б. Ю. Электрооборудование промышленных предприятий и установок. — М.: Высшая школа, 1990.

7. Попов Б. М. Водоотливные установки. Справочное пособие. — М.: Недра, 1990. — 254 с.

Додатки Додаток А

Додаток Б Технічні характеристики АВВГ-10