Электрификация и автоматизация отделения домола сырьевого цеха ОАО "Русал-Ачинск"

Типы трансформаторов собственных нужд………….ТСН

Для РП-12, 6кВ принимаем к установке комплектные распределительные устройства серии КРУ2-10П.

Основные технические показатели КРУ2-10П:

Номинальное напряжение, кВ……………………..….10

Номинальный ток шкафов КРУ, А……………………2000

Электродинамическая стойкость, кА………………52

Термическая стойкость трёхсекундная, кА………14

Типы выключателей высокого напряжения………ВМП-10К

Типы трансформаторов тока………………………ТПОЛ-10,ТПШФ-10.

Типы трансформаторов напряжения………………НАМИ+ НОМ

Типы трансформаторов собственных нужд………ТСН

Выбор оборудования напряжением 10 кВ,6кВ приведён в таблице 3.9.

3.8 Выбор электрооборудования и проводников для электрических сетей низкого напряжения

Выбор электроаппаратов для низковольтной нагрузки производим из блоков и панелей серии П5000 и Б5000 предназначенные для управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Из блоков и панелей собираются щитовые станции управления двигателями.

Выбор режима работы осуществляем из таблицы 7.1 [9]. В данном случае это - АС3.

Исполнение низковольтных комплектных устройств по степени защиты оболочек - IP54.

Климатическое исполнение - УХЛ. Категория размещения - 4.

Значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации НКУ - УХЛ4.

Блоки и панели рассчитаны на управление двигателями с номинальным током статора: 0,6 - 630 А.

Номинальное напряжение силовой цепи 380 - 400 В, 50 Гц, номинальное напряжение цепей управления 220В, 50 Гц.

Защита силовой цепи от КЗ осуществляется автоматическими выключателями с комбинированными расцепителями серии АЕ.

Защита двигателей от перегрузки и работы на двух фазах осуществляется тепловыми реле РТЛ, РТТ.

Защита цепей управления осуществляется предохранителями типа ППТ-10 с плавкой вставкой 6 А в блоках на ток до 125 А, типа ПРС-25-П с плавкой вставкой 16 А в блоках и панелях с номинальным током выше 125 А.

Защита цепей управления осуществляется в блоках с номинальным током до 10 А осуществляется автоматическими выключателями главной цепи.

Определим располагаемую потерю напряжения в сети низкого напряжения, результаты представлены в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Располагаемая потеря напряжения

Расчетные величины и формулы	Номер КТП
	1	ТП 12 1С.Ш.	ТП 12 2С.Ш.
Расчетный ток нагрузки Iр = Sр /Uн , А	2	3180,9	2130,3
Номинальный ток трансформатора Iн.т = Sн.т /Uн , А	3	3608	3608
Коэффициент загрузки трансформатора в = Iр / Iн.т.	4	0,88	0,59
Параметры трансформа- тора	Pкз, кВт	5	25	25
	Sн.т , кВА	6	2500	2500
	Uкз% , %	7	5,5	5,5
Потеря напряжения в трансформаторе	Uа% = 100Pкз / Sн.т , %;	8	1,0	1,0
	, %	9	5,408	5,408
	?Uт% =в (Uа%cosц + Uр%sinц), %	10	3,673	1,966
Располагаемая потеря напряжения в сети	?Uс% = 10% - ?Uт%; или ?Uс% = 7,5% - ?Uт%,	11 12	6,327 3,827	8,034 5,534

Выбор кабелей по условиям нагрева сводим в таблицу 3.11.

Произведём проверку сечений проводников по условиям потери напряжения.

Результаты вычислений приведены в таблице 3.12.

3.9 Расчет токов Короткого Замыкания в низковольтных цепях

Таблица 3.13 - Исходные данные для расчёта токов короткого замыкания

Номер трансформатора	Тип трансформатора	Схема соединения обмоток	Справочные данные
			Uкз, %	Pкз, кВт	xот, мОм	Rот, мОм
1Т	ТМ 2500/10/0,4	Д/Y	5,5	25	3,46	0,64
2Т	ТМ 2500/10/0,4	Д/Y	5,5	25	3,46	0,64

Sкз max= 312,8 МВА

Sкз min = 163,68 МВА

Сопротивление внешней системы электроснабжения xc включает в себя сопротивления всех элементов энергосистемы на стороне высокого напряжения от источника питания до силового трансформатора. Сопротивление xc, (max и min) приведенное к стороне низкого напряжения силового трансформатора определяется по формуле:

= (0,42 / 312,8) ? 103 = 0,512 мОм.

хс max = (0,42 / 163,68) ? 103 = 0,978 мОм.

где Uср.нн - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; Iкз.вн - действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; Uср.вн -среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; Sкз - мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора , МВ.А.

Активное (Rт) и индуктивное (Xт) сопротивления трансформаторов (в миллиомах), приведенные к ступени низшего напряжения трансформаторов, определяются по формулам:

= (25 ? 0,42 / 25002) ? 106 = 0,64 мОм;

= 3,46 мОм,

где Uкз - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Pкз - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

Uн.нн - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

Sт.н - номинальная мощность трансформатора, кВ.А.

Составим расчётную схему:

Рисунок 3.5 - Принципиальная схема к расчету токов К.З. НВ

Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме Д/Yo , при КЗ в сети низшего напряжения равны, соответственно, активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности.

Таблица 3.14 - Сопротивление элементов сети

номер элемента	наименование или тип	номер на схеме замещения	длина, м	удельное сопротивление, мОм/м	расчетное сопротивление, мОм/м
				x 1,0	r 1,0	x 0,0	r 0,0	x1	R1	x0	R0
	система мах	xcmax	--	--	--	--	--	0,978	--	--	--
	система мин	xcmin	--	--	--	--	--	0,512	--	--	--
Т1	ТМ-2500/10/0,4	Т1	--	--	--	--	--	3,46	0,64	3,46	0,64
QF1	SENTRON WL 5000	КВ1	--	--	--	--	--	0,05	0,1	0,05	0,1
----	Контактные разъёмы	КР1	--	--	0	--	--	--	0	--	0
QF2	SENTROL VL 800	КВ2	--	--	--	--	--	0,1	0,25	0,1	0,25
----	Контактные разъёмы	КР2	--	--	0	--	--	--	0,12	--	0,12
КЛ1	АВВГ 4(4х185)	КЛ1	55	0,056	0,208	0,122	0,66	3,08	11,44	6,71	36,3
----	Контактные разъёмы	КР2	--	--	0	--	--	--	0	--	0
РУСМ 5101-3974 УХЛ4	ВА57-31 ПМА5602М-УХЛ4	КВ4 КВ5	-- --	-- --	-- --	-- --	-- --	4,5 4,5	7,0 7,0	4,5 4,5	7,0 7,0
----	Контактные разъёмы	КР2	--	--	0,5	--	--	--	0,5	--	0,5
КЛ2	АВВГ 4х25	КЛ2	24	0,062	1,54	2,17	3,64	1,488	36,96	52,1	87,36
----	Контактные разъёмы	КР2	--	--	0,064	--	--	--	0,064	--	0,064

Составим схемы замещения для точек КЗ:



Рисунок 3.6 - Схемы замещения для точки К2

Рисунок 3.7 - Схемы замещения для точки К3

Порядок расчёта токов короткого замыкания в цепях низкого напряжения:

1. Находят (столбец 5 и 6) полное сопротивление цепи при активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

2. Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (Iпо) в трехфазном коротком замыкании, мОм; и - соответственно, суммарное килоамперах без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле (столбец 10 и 11) , где - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В;

3. Влияние активного сопротивления дуги на ток КЗ можно учитывать путем умножения расчетного тока КЗ, найденного без учета сопротивления дуги в месте КЗ, на зависящий от сопротивления цепи КЗ поправочный коэффициент Kс.

Значение Kс для начального момента замыкания tкз < 0,05 с определяется по формуле (столбец 12):

Для установившегося процесса дугового КЗ значение Kс определяется по формуле (столбец 13):



Рисунок 3.8 - Схемы замещения для точки К4

4. Ударный ток трехфазного КЗ (столбец 17) в электроустановках с одним источником энергии определяется по формуле:

,

где - ударный коэффициент; - угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источника и периодической составляющей тока КЗ, который рассчитывают по формуле??к = arctg x1??r1?; tуд - время появления ударного тока, с ; - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ; x1? и r1? - результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, мОм.

5. Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1000 В осуществляется от электросистемы через понижающий трансформатор, то значение периодической составляющей тока дугового однофазного КЗ (столбец 19) в килоамперах рассчитывают по формуле:

,

где - полное сопротивление цепи при однофазном коротком замыкании, мОм.

Результаты расчетов токов короткого замыкания сводим в таблицу 3.15.

3.10 Проверка низковольтных защитных аппаратов на успешность срабатывания при аварийных режимах работы

По полученным значениям токов короткого замыкания проверяем выбранные электрические аппараты по отключающей способности. Условием успешности срабатывания защиты является:

I(3)дуг. уд. мах<Iпр. отк.

Проверка автоматических выключателей по отключающей способности приведена в таблице 3.16.

Для автомата :

Кч= 1,4

где Iк(1) = 9426 кА - установившееся значение тока однофазного КЗ;

Iо=Котс*Iн.рц=10*250=2500 А.

Таблица 3.16 - Проверка автоматических выключателей по отключающей способности

Защищаемая Цепь	Тип автоматического выключателя	Iн, А	Iср.пер, А	Ко	Iср.защ. от К.З. I=Iср.защ*Ко, А	Iкз, А	Коэф. чувс-ти, Кч=Iкз/Iо
Секция шин тр-ра	SENTRON WL 5000	5000	4620	7	32340	46105	1,42
ТП-12	SENTRON VL 800	800	760	8	6080	10253	1,68
РУСМ5101-3974	АЕ2056М-100У3-Б	50	63	10	630	2403	3,81

2. Проверка по отключающей способности приведена в таблице 3.17.

Таблица 3.17 - Проверка по отключающей способности

Защищаемая цепь	Тип автоматического выключателя	Коммутационная способность выключателя, кА	Ток I(3)по.max , кА
Секция шин тр-ра	SENTRON WL 5000	100	56,471
ТП-12	SENTRON VL 800	50	15,960
РУСМ5101-3974	АЕ2056М-100У3-Б	6	3,474

3.11 Проверка электрических сетей по условиям успешности запуска крупных электродвигателей

При включении двигателя по линии проходит его пусковой ток, который накладывается на существующий ток нагрузки линии и вызывает в ней дополнительную потерю напряжения. Вследствие этого во всех точках сети напряжение мгновенно понижается. Чем дальше от источника питания находится запускаемый электродвигатель, тем больше будет изменение напряжения. Такие быстро протекающие изменения напряжения носят название колебаний напряжения. Под этим понятием подразумевается разность между начальным значением напряжения в какой-либо точке сети и значением напряжения в той же точке при внезапном изменении режима работы сети.

Колебания напряжения в сети при пуске двигателя в основном определяются его пусковым током. При нормальных условиях через короткий промежуток времени после начала пуска, измеряемый секундами, двигатель разовьет нормальную скорость и пусковой ток уменьшится до величины рабочего тока двигателя.

Рис. 3.9 - Расчёт возможности прямого пуска электродвигателя Н18

Таблица 3.18 - Расчёт возможности прямого пуска электродвигателя

Наименование расчетных величин	Единицы измерения	Расчетная формула или источник справочной информации	Номер ЭП по плану, числовые значения
1. Исходные данные
1.1. Мощность силового трансформатора источника	кВА	Рис. 3.9	400
1.2.Участок сети Н1ЩСУ	длина марка кабеля сечение жил	м мм2	LК1	55 АВВГ 4(4х185)
1.3.Участок сети Н18	длина марка кабеля сечение жил	м мм2	LК2	24 АВВГ 5х10
1.4.Приводимый механизм			Маслонасос
1.5.Тип электродвигателя			АО2-52-4У3
1.6. Частота вращения	об/мин		1500
1.7. Пусковой ток	А	IП	137,6
1.8. Коэффициент мощности при пуске		Cos, (табл. П9.5)	0,46
2. Сопротивление цепи двигателя
2.1. Трансформатор КТП	Ом Ом	Rт , (табл. П9.4) Xт , (табл. П9.4)	0,0011 0,0054
2.2.Участок сети Н1ЩСУ	удельное участка	Ом/км Ом/км Ом Ом	R0к1 , (табл. П9.2) X0к1 , (табл. П9.3) Rк1 = R0к1.Lк1/2 Xк1 = X0к1.Lк1/2	0,17 0,06 0,004675 0,00165
2.3.Участок сети Н18	удельное участка	Ом/км Ом/км Ом Ом	R0к2, (табл. П9.2) X0к2, (табл. П9.3) Rк2 = R0к2.Lк2 Xк2 = X0к2.Lк2	3,16 0,07 0,076 0,0017
2.3. Суммарное сопротивление	активное индуктивное	Ом Ом	Rм=Rт+Rк1+Rк2 Xм=Xт+Xк1+Хк2	0,082 0,00875
3. Расчет величины колебания напряжения при пуске двигателя М
3.1.Потеря напряжение до шин ЩСУ1 в элементах сети	в трансформаторе в кабеле Н1ЩСУ суммарная	% % %	Uт% UНЩСУ111% Uт%+UН1ЩСУ6%	2,93 0,94 3,87
3.2. Относительное напряжение на шинах ЩСУ1	отн.ед.	U* Н1ЩСУ = 1,05 - 0,0387	1,0113
3.3. Расчетная величина Aм	Ом/в	(формула 11.15)	0,00022
3.4. Относительное напряжение на зажимах двигателя М при пуске	отн.ед		0,974
4. Проверка успешности запуска двигателя М
4.1.Кратность пускового момента	двигателя механизма	отн. ед отн.ед.	mп , (табл. П9.5) mп.мех , (табл. П9.1)	1,0 0,4
4.2. Условие успешности запуска двигателя М	отн.ед.		0,95>0,44 выполняется

Условия допустимости пуска короткозамкнутого двигателя прямым включением в сеть состоят в следующем:

1. Пускаемый двигатель должен сдвинуть с места и развернуть до нормальной скорости присоединенный к нему механизм.

2. Снижение напряжения в сети при пуске не должно нарушить работу, присоединенных к сети двигателей.

3. Колебания напряжения при пуске не должны оказывать заметного влияния на работу осветительных ламп и электронной аппаратуры.

Расчёт возможности прямого пуска электродвигателя представлен в таблице 3.18.

Схема для случая самозапуска одного электродвигателя, получающего питание от одного узла сети приведена на рисунке 3.9.

3.12 Расчет и выбор параметров троллейных линий и электроаппаратуры кранов

Длина пролета 42 м. Фактическая длина троллеев от точки подключения L = 20 м, так как подвод питания осуществлен в середине. Расстояние между фазами у подпиточных шин 250 мм.

Мощность электродвигателей передвижения моста - 2 х 22 кВт, передвижения тележки - 7,5 кВт, подъема груза Q = 50 т - 60 кВт, Q = 30 т - 30 кВт.

Находим при числе электроприемников в группе n >3 и



, т. е. nэ > 4 (для одного крана), принимаем nэ=4.

Коэффициент использования для кранов Kи=0,15. По таблице 4.2 пособия по проектированию электроснабжения находим Kр = 2,35. Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену РСМ = КИ РН = 0,15 · 141,5 = 21,2 кВт.

Расчетные нагрузки составят

PР = KР · PСМ = 2,35 · 21,2 = 49,82 кВт.

Расчетный ток

Пиковый ток

IП = КП · IН.Н.Б. + (IР - КИ · IН.Н.Б.) =

5,5 · 178,7 + (148,4 - 0,15 · 178,7) = 1104,4 А,

Для расчетного тока 148,4 А принимаем к установке стандартный уголок 40х40х4 с допустимым током 250 А.

Тогда потеря напряжения в троллейной линии составит

или = 19,22 . 100/380 = 5,06 %, что меньше допустимой потери напряжения в троллеях, равной 10 %.

3.13 Расчет релейной защиты электрических сетей высокого напряжения

Общие сведения

При проектировании релейной защиты должны учитываться: схема первичных соединений сетей и подстанций цеха и проектируемого узла нагрузки; необходимый уровень надежности электроснабжения электроприемников, их режимы работы, включая переходные; технические требования, предъявляемые к защите электрооборудования (преобразовательных агрегатов, электродвигателей, трансформаторов); технические требования энергосистемы; возможные виды повреждений и анормальных режимов работы электрооборудования и сетей; виды и уставки устройств релейной защиты и автоматики на смежных с проектируемым участках сети.

Релейная защита и автоматика цеховых сетей и электроприемников должна проектироваться в соответствии с разделом III ПУЭ.

3.14 Релейная защита от междуфазных коротких замыканий

Наиболее распространенным видом защиты является максимальная токовая защита (МТЗ). От междуфазных замыканий такую защиту рекомендуется выполнять в двухфазном исполнении. В зависимости от требований чувствительности защита может быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной. Ток срабатывания МТЗ определяется по формуле:

Iс.з = Котс Кр Iм / Кв,

где Kотс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле, неточности расчета и принимаемый равным 1,1 - 1,2; Kр - коэффициент максимального тока, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ, Кр = 2,5 - 3; Iм - максимальный ток в линии в нормальном режиме; Kв - коэффициент возврата токового реле, равный 0,8 - 0,85.

Ток срабатывания реле определяется из выражения:

Iс.р = Iс.з Ксх / Ктт = Котс Кр Ксх Iм / Кв Ктт,

где Ксх=1 - коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения ТТ и реле; Ктт - коэффициент трансформации ТТ.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности:

Кч = Ксч-1 / Ic.з, или Кч = Ксч-2 / Iс.з ,

где - минимальное значение тока трехфазного короткого замыкания при КЗ в основной зоне действия защиты, А; - максимальное значение тока трехфазного короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании за трансформатором (на резервируемом участке), А; Ксч-1 и Ксч-2 - коэффициенты для определения чувствительности МТЗ при двухфазном срабатывания и 0,3 - 0,6 для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

В таблице 3.19 приводится расчёт МТЗ и токовой отсечки.

Таблица 3.19 - Расчёт МТЗ и токовой отсечки

№ п/п	Наименование	Обозначения и рас- четные формулы
	Исходные данные
1	Максимальный рабочий ток, А	Iм
2	Коэффициент трансформации ТТ	Ктт
3	Минимальное значение тока 3-х-фазного КЗ при КЗ в зоне защиты	основной, кА
4		за трансформатором, кА
5	Максимальное значение тока 3-х фазного КЗ при КЗ в зоне защиты	основной, кА
6		за трансформатором , кА
	Максимальная токовая защита
7	Расчетные коэффициенты	кратности максимального тока	Кр
8		схемы включения реле	Ксх
9		отстройки	Котс
10		возврата реле	Кв
11	Ток срабатывания защиты Iс.з, реле Iс.р	первичный, А	Iс.з = Котс Кр Iм / Кв
12		расчетный, А	Iс.р = Iс.з Ксх / Ктт
13		принятый, А	Iс.р = Iуст
14	Коэффициенты Ксч для определения чувствительности	от сборных шин до трансформатора и др ЭП	Ксч-1
15		за трансформатором У/ У и / У	Ксч-2
16	Чувствительность защиты при 2- фазном КЗ	в зоне защиты от сборных шин до тр-ра и др.ЭП	Кч = Ксч-1 / Ic.з
17		за трансформатором в зоне защиты	Кч = Ксч-2 / Iс.з
18	Выбрано токовое реле	количество и тип	2 шт.
19		пределы уставки тока реле	От 6 до 10
20	Выбрано реле времени	тип и пределы уставки, с
21		принята уставка времени, с	t
	Токовая отсечка
22	Расчетные коэффициенты	схемы включения реле	Ксх
23		отстройки	Котс
24	Ток срабатывания защиты Iсзо и реле Iсро	первичный (защиты), А	Icзо = 5· I1н
25		расчетный реле, А	Iсро = Ксх Iсзо / Ктт
26		принятый, А	Iсро
27	Кратность тока срабатывания отсечки	Iсро / Iср
28	Чувствительность защиты (отсечки)	Кч = Ксч-1 / Iсзо
29	Выбрано токовое реле	количество и тип
30		пределы уставки реле, А

Все расчеты сведены в таблицу 3.20.

3.15 Выбор устройств защиты от перенапряжений

Защита от перенапряжений включает в себя комплекс мероприятий, ограничивающих перенапряжения при грозе, коммутациях и повреждениях до уровня, безопасного для изоляции. Основными аппаратами для защиты от перенапряжений являются вентильные разрядники, ограничители перенапряжений нелинейные и трубчатые разрядники. Для защиты от перенапряжений на шинах РП-12 применяются вентильные разрядники типа РВО-10:

Номинальное напряжение, кВ ……….……………………………...10

Наибольшее допустимое напряжение на разряднике

(действующее значение), кВ ………………….……………………..12,7

Пробивное напряжение на разряднике при частоте 50 Гц в сухом

состоянии и под дождем (действующее значение), кВ

не менее …………………………………………………………... 26

не более …………………………………..……………………….. 30,5

Импульсное пробивное напряжение разрядника при предзарядном

времени 2-20 мкс и при полной волне 1,5/40 мкс, кВ ……..…………. 48

Отстающее напряжение разрядника кВ, не более, при импульсном

токе с длиной фронта волны 8 мкс с амплитудой, А

3000…………………………………………………………… 43

5000…………………………………………………………………

3.16 Расчет заземляющих устройств

В электроустановках напряжением до 1000 В и выше должны быть заземлены корпуса электрооборудования и все металлические объекты, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением в случае пробоя изоляции фаз электрических сетей.

В качестве заземлителей должны быть в первую очередь использованы трубопроводы и оборудование, имеющие надежное соединение с землей (естественные заземлители). металлические конструкции, арматура железобетонных конструкций в случаях, допущенных ПУЭ,1.7.70. Использование естественных заземлителей дает значительную экономию средств. Если сопротивления естественных заземлителей Rе больше требующихся по нормам сопротивлений заземлителей Rз, то устраиваются искусственные заземлители Rи:

Для электроустановок напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом; для электроустановок напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю сопротивление должно удовлетворять следующему условию

Rз U/ Iз,

где U - напряжение, принимаемое 125 В, если заземляющее устройство одновременно используют и для установок до 1000 В; Iз - расчетный ток замыкания на землю, А.

При этом сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом.

Для электроустановок напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали согласно ПУЭ, 1.7.60-1.7.64, сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, должно быть не более 4 Ом.

Из геологических данных известно, что грунт верхнего слоя земли состоит из следующих слоев (в порядке заглубления): чернозема, глины, суглинка и песка. Влажность, толщина и удельное электрическое сопротивление этих слоев приведены в таблице 3.21.

Таблица 3.21 - Влажность, толщина и удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли

Наименование	Влажность, %	Толщина слоя, м	Удельное сопротивление , Ом · м.
Чернозём	60	0,5	10
Глина	40	1	40
Суглинок	30	0,5	100
Песок	10-20	3	400

Приводим многослойную структуру грунта к эквивалентной двухслойной модели

По [1] и геологическим и климатическим данным определяем тип климатической зоны - II, толщину слоя сезонных изменений h0 = 2 м и коэффициент сезонности Ш=2,7.

Принимаем толщину верхнего слоя h1 = h0 = 2 м.

Удельные сопротивления слоев, попавших в верхний слой увеличиваем в Ш раз. Расчетные сопротивления верхнего с1р и нижнего с2р слоев земли:

= 67,5 Ом · м.

= 400 Ом · м.

Определим эквивалентное удельное электрическое сопротивление сэкв:

где - удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом.м; - удельное электрическое сопротивление нижнего слоя Ом.м; h = 2 - мощность (толщина) верхнего слоя земли; , - безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли: если < , то =1,1.102, = 0,3.10-2.

Сопротивление естественного заземлителя

где S - площадь, ограниченная периметром здания, м2; - эквивалентное удельное электрическое сопротивление земли, Ом.м.

Сопротивление искусственного заземлителя:

, Ом.

Принимаем глубину вертикальных электродов lв = 5 м, глубину заложения горизонтальных 0,8 м.

3.17 Расчет заземлителя

Расчет заземлителей выполняется по методу наведенных потенциалов.

1. По предварительной схеме заземлителя определяются: площадь территории, занимаемой заземлителем (площадь заземлителя) S = 3024 м2; суммарная длина горизонтальных электродов Lг = 1122 м; количество вертикальных электродов n = 38.

2. Составляется условная расчетная модель заземлителя, представляющая собой горизонтальную квадратную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами.

3. Вычисляют:

а) длину одной стороны модели, как м;

б) количество ячеек m по одной стороне модели

Если m окажется дробным числом, то оно округляется до целых чисел и уточняется Lг, м:

в) длину стороны ячейки в модели b, м,

г) количество вертикальных электродов n, задавшись расстоянием v, м, между ними. Предварительно намечается размещение этих электродов в схеме модели по периметру заземлителя. Вычисление n или v производится по формуле

д) суммарную длину Lв, м, вертикальных электродов

Lв = n . lв = 36 . 5 = 180

е) относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов tот

tот =

ж) относительную длину верхней части вертикального заземлителя, находящейся в верхнем слое земли толщиной hс,

lот =

з) расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли ?э, Ом.м, для сложного заземлителя (горизонтальная сетка с вертикальными электродами)

при ;

4. Вычисляется расчетное сопротивление Rи, Ом, по формуле

,

A = 0,385 - 0,25tот = 0,385 - 0,25 . 0,105 = 0,359 при

3.18 Расчет защиты от однофазных замыканий на землю

Выбираем одноступенчатую систему защиты от ОЗЗ, выполненную на базе устройства SEPAM M20.

Рисунок 3.10 - Схема электроснабжения РУ-6кВ

Последовательность расчета ОЗЗ следующая:

1. Рассчитываем емкостную составляющую тока ОЗЗ, обусловленную кабельной линией:

Iскл = iуд*l = 0,88*0.08 = 0.0704 А.

Iскл?= Iскл*n=0.0704*6=0.44

1. Рассчитываем емкостную составляющую тока ОЗЗ, обусловленную нагрузкой (6 АД Р=500 кВт):

Iск = nк*iудк = 6*0,08 = 0,48 А.

2. Собственный емкостной ток ОЗЗ:

Iсоб = Iскл?+ Iск =0,44+0,48 = 0,92 А.

3. Активная составляющая тока ОЗЗ:

Irиз = 0,1*Iсоб = 0,1*0,92 = 0,09 А.

4. Первичный ток

А

5. Уставка рассчитывается по формуле: 0,77*I01 > Iуст > Kб*Iсоб

0,53> Iуст >2,25

где Кб = 2,5 - коэффициент учитывающий броски тока ОЗЗ (выдержка времени 0,2 с).

Расчеты показывают, что для токовых устройств защиты от ОЗЗ, выбор уставок не возможен. Поэтому рассмотрим вариант наложения добавочного активного тока:

Принимаем величину добавочного активного тока, равную 5 А и производим перерасчеты Iозз и I01 и диапазон уставок, при этом коэффициент Кб=1,5 так как Irдоб > 0.6Iс.

Ir=Irдоб+ Irиз=5+0,09=5,09 А

5.096

Тогда уставка:

0,77*I01 > Iуст > 1,5*Iсоб

3,92 > Iуст > 1,38

Принимаем уставку 2 А.

Ток ОЗЗ: 5.135 А,

где Iнтми=0,11 А

Рассчитаем параметры резистора для подключения к нейтрали сети 6 кВ:

,

Принимаем Rр=700 Ом.

Таким образом, необходим резистор Uр=6 кВ, Рр>17,34 кВт, Rр=700 Ом.

Для защиты от перенапряжений электродвигателей необходимо установить RC-цепочки, так как максимально возможные перенапряжения согласно таблице 3.22, превышают допустимый уровень. Применение ОПН не обеспечит необходимого уровня защиты электродвигателей или трансформаторов. Для защиты кабельных линий, установим более дешевые ОПН.

Выбраны RC-ограничители на напряжение 6 кВ, производства ООО «Рутас».

3.19 Расчёт коммутационных перенапряжений

Последовательность расчета защиты от коммутационных перенапряжений следующая.

1. Определяем перенапряжения в точках К1 и К2 при включении (выключатель вакуумный):

К2=2,2/(6-Кп) = 2,2/(6-1,4)=0,48; К1=К2/Кп=0,48/1,65=0,34,

где Кп=1,65 - коэффициент учитывающий тип и сечение КЛ (3х70).

2. Определяем перенапряжения в точках К1 и К2 при выключении (выключатель вакуумный):

К2=Кmax=6, К1=К2/Кп=6/1,65=4,3,

где Кmax=6 - максимальная кратность КП в зависимости от типа и мощности оборудования (АД 500 кВт).

Осуществляем оценку КП с помощью коэффициента кратности:

Ккп = Uмах/Uн, где

Uмах - максимальное значение напряжения на зажимах; Uн - номинальное напряжение сети.

Так как перенапряжение в точке К2 превышает допустимое (2,8), необходима защита. Для защиты выбраны RC-ограничители производства ООО «РУТАС».

Выбор средств защиты от КП производят таким образом, чтобы выполнялись условия:

Кдоп ? Когр

где Когр - коэффициент кратности КП, который характеризует средства защиты от КП.

Uн.огр. = Uн,

Где Uн.огр. - номинальное напряжение ограничителя; Uн - номинальное напряжение сети.

Данный расчёт производился в таблице 3.23.

4. Автоматизация отделения приготовления шихты сырьевого цеха

Отделение приготовления шихты (ОПШ) предназначено для мокрого размола нефелиновой руды и известняка в трубных мельницах на оборотном растворе и приготовления шихты для спекания.

Качество и количество приготавливаемой в ОПШ шихты определяется многими параметрами. Ход процесса измельчения зависит от количества нефелиновой пульпы и известняка, подаваемых в мельницу в единицу времени, от крупности, твердости, влажности, износа футеровки, мелющих тел и других факторов.

Для достижения минимального расхода электроэнергии и мелющих тел, необходимо поддерживать производительность мельниц на таком уровне, который обеспечивал бы заданный объем производства при максимальном приближении тонкости помола к верхнему допустимому пределу крупности частиц.

Влажность шихты определяет в значительной степени расход топлива на спекание.

Поэтому целесообразно по возможности снижать этот показатель. Однако от содержания влаги зависит транспортная способность шихты как по трубопроводам, так и в цепной завесе печи спекания. Кроме того, влажность шихты оказывает существенное влияние на пылеулавливающую способность цепной завесы: при снижении влажности увеличивается пылевынос, а, следовательно, снижается производительность печи.

Следовательно, при выборе оптимального содержания влаги в шихте необходимо учитывать как расход топлива на спекание, так и конструктивные особенности цепных завес.

Из сказанного вытекает следующая задача управления приготовлением шихты: получить шихту заданного состава с учетом ограничений на содержание частиц заданной крупности в твердой фазе пульпы.

В руде, наряду с основными компонентами, содержится некоторое количество примесей (железо, сульфаты, хлориды и др.), поэтому дозировка в шихту щелочей и известняка производится с учетом наличия примесей и фактический состав шихты несколько отличается от теоретического по значению модулей.

Стандартная шихта на печи, работающие на мазутном топливе:

29,0 - 30,5 % 6,8 %

1,96 ± 0,03 1,08 ±0,02

Содержание влаги (W) 29,0 - 30,5%

Остаток на сите с сеткой № 008, не более 6,8%

Модуль известняковый (Мизв). 1,96±0,03

Модуль щелочной (Мщел.) 1,08±0,02

Стандартная шихта на печи, работающие на угольном топливе:
Содержание влаги (W) 29,0 - 30,8% 29,0 - 30,8 %

Остаток на сите с сеткой № 008 , не более 6,8%

Модуль известняковый (Мизв) 2,05±0,03

Модуль щелочной (Мщел) 1,12±0,02

При приготовлении шихты для печей спекания стандартные значения модулей шихты периодически корректируются с учетом изменения состава сырья и зольности топлива для максимального извлечения полезных компонентов из спека.

Другими особенностями, характерными для технологического процесса являются:

непрерывность технологического процесса;

высокое энерго- и водопотребление;

широкий диапазон мощностей используемых механизмов;

большое количество разнообразных транспортных связей.

Одной из важнейших проблем автоматики в настоящее время является проблема надежности. Недостаточный уровень эксплуатационной надежности средств и систем автоматизации может привести к их быстрому выходу из строя и резкому снижению технико-экономической эффективности автоматизации. На надежность средств и систем автоматики оказывают влияние температура, влажность и запыленность среды, механическая нагрузка, наличие вибрации и т.п. Поэтому выбрана такая схема, при которой с первичными датчиками, минуя промежуточные преобразователи, работает микропроцессорный программируемый контроллер DVP-ES.

4.1 Краткое описание схемы автоматизации

Расход нефелиновой пульпы (датч.17,27,40) измеряется ультразвуковым расходомером "Центросоник", непосредственно с которого снимается токовый сигнал 0 5 мА и поступает на аналоговый вход контроллера.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой средой. Фактическая скорость распространения ультразвука в движущейся среде равна геометрической сумме средней скорости движения среды и собственной скорости звука в этой среде.

Для измерения расхода используют два метода. Метод, основанный на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него, и метод, основанный на измерении разности частот повторения коротких импульсов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы, основанные на первом методе, называют фазовыми расходомерами, а на втором - частотными расходомерами.

Разность частот в направлении потока и против него пропорциональна скорости движения жидкости. Разность частот не зависит от скорости распространения ультразвука в среде, т.е. не зависит от плотности и температуры среды. Это преимущество частотного метода.



Рисунок 4.1 - Внешний вид расходомера "Центросоник"

Расходомеры по конструктивному исполнению подразделяются на одно- и двухканальные. В одноканальной схеме (рис. 12, а) каждый пьезоэлемент работает попеременно в режиме излучателя и приемника, что обеспечивается системой переключателей. Для увеличения чувствительности ход луча в среде может быть увеличен применением рефлекторов (рис. 12, б). в двухканальной схеме (рис. 12, в) каждый пьезоэлемент работает только в одном режиме - излучателя или приемника. Двухканальные схемы проще одноканальных (нет сложных схем переключения), но точность их меньше, вследствие возможной акустической асимметрии обоих каналов.

Все ультразвуковые расходомеры являются микропроцессорными, они имеют цифровой дисплей, цепь сигнализации, многие приборы могут измерять расход реверсивного потока.

Диапазон измерения расхода ультразвуковыми расходомерами теоретически неограничен. Погрешность их составляет 2%.

Недостаток ультразвуковых расходомеров: ограничение их применения для контроля сред, имеющих твердые и газовые включения, которые отражают ультразвуковые колебания; сложность и высокая стоимость приборов; ограничения по минимальной скорости потока.

Рисунок 4.2 - Схемы ультразвуковых преобразователей расходомеров

а -- одноканального; б -- с отражателями; в -- двухканального

Имеют электрические выходные сигналы:

числоимпульсный, пропорциональным объему измеряемой среды;

цифровой сигнал в стандарте интерфейса RS485;

токовый в диапазоне изменения (4-20) мА, пропорциональный расходу измеряемой среды.

Основные возможности счетчика жидкости "Центросоник"

высокая точность измерения за счет применения новейших разработок в ультразвуковой расходометрии и последних достижений электроники;

возможность определения массы и/или объема любой жидкости на потоке без перенастройки прибора;

измерение плотности и вязкости особо точным плотномером класса 0,05%;

высокая коррозийная стойкость. Первичный преобразователь выполнен из нержавеющей стали и титановых сплавов;

отсутствие в трубопроводе движущихся частей, сужений, балок и т.п., создающих перепад давления на измерительном участке;

санитарное исполнение;

длительность эксплуатации не менее 25 лет, гарантийный срок 4 года;

защиту от несанкционированного доступа;

передачу показаний дистанционно и подключение к компьютеру;

Пределы основной допускаемой погрешности измерения объема жидкости, не более, %, в диапазонах расхода:

От 0,5 F макс. до F макс 0,15

От F мин. до 0,5 F макс 0,15

Пределы основной допускаемой погрешности вычисления массы жидкости, не более, %, в диапазонах расхода:

От 0,5 F макс. до F макс 0,25

От F мин. до 0,5 F макс 0,35

Диаметр условного прохода Ду = 200 мм, максимальное значение расхода Qmax = 280 м3/ч, минимальное значение расхода Qmin = 0,28 м3/ч.

Регулирование расхода осуществляется с помощью однооборотного исполнительного механизма МЭО-630/25-0,25-92К (датч.12,16,24,26,37,39,47) сигнал на который поступает с импульсного выхода контроллера.

Механизмы допускают повторно - кратковременный реверсивный режим работы с числом включений до 320 в час и продолжительностью включения до 25%. В механизмах применяется блок сигнализации положения токовой БСПТ-10М и встроенный блок питания БП-20.

На исполнительный механизм установлен асинхронный трехфазный электродвигатель. Механизмы оснащены электромагнитным тормозом, предотвращающим движение вала при отсутствии напряжения на электродвигателе. Также имеются встроенные выключатели, срабатывающие при повороте механизма в крайние состояния и датчики обратной связи и дистанционного указания положения механизма типа БСПТ - 10М.



Рисунок 4.3 - Внешний вид исполнительного механизма "МЭО-630/25-0,25-92К"

Управление исполнительными механизмами типа МЭО-630/25-0,25-92К осуществляется с помощью контроллера в автоматическом или ручном режимах. Пределы измерения расхода известняка 0 200 т/ч.

Расход нефелиновой руды и известняка измеряется косвенно на

Рисунок 4.4 - Внешний вид конвейерных весов "М8400" основе измерений скорости движения ленты конвейерных весов "М8400" (датч.1, 28) и веса материала (датч.2, 29).

Рама грузоприемного устройства весов подвешена с помощью соединительных узлов на четырех тензодатчиках.

Тензодатчики закрепляются на поперечных балках, встраиваемых в конвейер. Подвеска позволяет использовать весы на конвейерах с углом наклона до 20 градусов.

Кабели от тензодатчиков поступают в коробку суммирующую, из которой выходит 6-проводный провод для подключения к тензоизмерителю. Датчик скорости преобразует перемещение ленты в импульсный сигнал, передаваемый по 4-х проводному кабелю в тензоизмеритель. Тензоизмеритель преобразует сигнал веса материала в токовый сигнал 0 20 мА, который поступает на аналоговый вход контроллера. По сигналам веса материала и скорости движения ленты дозатора контроллер рассчитывает текущее значение производительности по формуле:

,

где F - производительность дозатора, т/ч;

V - скорость движения ленты дозатора, м/с;

P - нагрузка на взвешивающую платформу, кг;

L - длина платформы, м;

3,6 - переводной коэффициент с кг/сек в т/ч.

Диапазон измерения расхода известняка 0 200 т/ч.

Температурный контроль осуществляется с помощью многоканального измерителя температуры, до десяти объектов (или в десяти точках одного объекта) и сигнализации об аварийной ситуации, "Термодат-26" (датч. 4-8, 18-22, 31-35, 41-45). Многоканальный прибор для измерения температуры позволяет достичь наименьшей стоимости в расчете на один канал. Прибор может быть оборудован архивной энергонезависимой памятью и интерфейсом для связи с компьютером.



Рисунок. 4.5 - Внешний вид измерителя температуры "Термодат-26"

Значения сопротивлений термосопротивлений преобразуются с помощью микропроцессорного преобразователя и выводятся на встроенный цифровой индикатор. При превышении температуры какой-либо из точек контроля (подшипники редуктора, электродвигателя, входной или выходной цапфы) мельница останавливается. Температура контролируется в диапазоне 0 200 С.

Уровень пульпы в мешалке (датч.9,10,15,23,25,36,38,46,48) измеряется радиоволновым уровнемером УР203Ех, предназначены для бесконтактного непрерывного измерения уровня жидких, сыпучих и кусковых продуктов, в технологических резервуарах, танках, силосах, бункерах и т.п. стационарных объектах, а также для обмена информацией с другими техническими средствами автоматизированных систем управления. Преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал 0 5 мА, который преобразовывается МИК-51 в цифровую форму и отображается на мнемокадре (на компьютере).

Принцип действия уровнемера основан на облучении поверхности контролируемой среды радиоволновым сигналом СВЧ с периодически изменяющейся частотой. В результате взаимодействия излученного и отраженного сигналов возникает сигнал разностной частоты, пропорциональной расстоянию от антенны излучателя до поверхности продукта. После соответствующей обработки сигнала разностной частоты вырабатывается цифровой (кодовый) и токовый выходные сигналы, пропорциональные текущему значению измеряемого уровня.

Рисунок 4.6 - Внешний вид радиоволнового уровнемера "УР203Ех"

Рисунок 4.7 - Диаграмма направленности антенны

Отличительные особенности:

Высокая надежность и стабильность измерений независимо от воздействия дестабилизирующих факторов (широкий диапазон температур, агрессивный характер измеряемой среды, запыленность);

Возможность работы в условиях испарений и конденсата;

Повышенная температурная стабильность;

Отсутствие непосредственного контакта с измеряемым продуктом;

Автодиагностика и сигнализация отказов;

Компактность, простота установки и эксплуатации;

Возможность демонтажа измерительной части прибора без разгерметизации емкости;

Отсутствует необходимость перепроверки показаний при регламентных работах за счет привязки частоты излучения к частоте эталонного генератора;

Настройка и калибровка осуществляется дистанционно через интерфейс цифровой коммуникации.

Основные технические характеристики:

Пределы настройки диапазона измерений, м:

УР 203Ех 15 0--15

УР 203Ех 30 0--30

Параметры контролируемой среды:

давление, МПа:

исполнение с кронштейном (К) атмосферное

исполнение с фланцем (Ф) до 1,6

температура,0С от - 40 до + 150

Напряжение питания постоянного или переменного тока, В 24±2,4

Выходные сигналы:

кодовый RS 485

токовый, мА 4--20

сопротивление нагрузки, кОм, не более...0,5

Параметры окружающего воздуха при эксплуатации:

температура,0С от - 40 до + 50

относительная влажность, % (при 350С) до 95

Степень защиты, обеспечиваемая оболочкой ..IP65

Показатели надежности:

наработка на отказ, ч, не менее 105

средний срок службы, лет, не менее 14

Для измерения плотности шихты (датч.11) установлен датчик плотности Sarasota FD960, обеспечивают измерение плотности жидкости или пульпы в сложных условиях окружающей среды, в том числе при повышенной запыленности и влажности.

Рисунок 4.8 - Внешний вид датчика плотности "Sarasota FD960"

Конструкция датчиков гарантирует максимальную надежность и прочность в эксплуатации, а также оптимальную изоляцию от влияния температуры, давления, вибрации. Внешний корпус датчиков цилиндрической формы имеет цельносварную конструкцию. Соединительные кабели с усилителем и термодатчиком PRT, проходят через корпус и через стеклянную перемычку. Это исключает протечку жидкости в случае повреждения чувствительных элементов. Диапазон давления для корпуса прибора соответствует спецификации трубопровода и достигает давления в 47 бар, а коэффициент безопасности больше 2 и сохраняется при давлении до 100 бар.

Клеммная коробка вмещает поддерживающий усилитель, который покрыт компаундом для предохранения от проникновения влаги. Внутренний канал прохождения жидкости через датчик FD960 не создает дополнительных препятствий потоку жидкости и передвигающимся твердым включениями. Прибор допускает накопление осадков и не требует частой чистки даже при использовании грязных жидкостей.

В датчике плотности проточного типа контролируемая жидкость протекает по изготовленной из высококачественного материала тонкостенной трубки закрепленной на сильфонах с обеих сторон. Трубка вибрирует под воздействием возбуждающей электромагнитной системы с собственной частотой. Тип датчика, определяемый материалом трубки, выбирается в зависимости от химической активности контролируемой жидкости. При прохождении жидкости через трубку частота ее колебаний изменяется в зависимости от плотности жидкости, содержащейся в данный момент в трубке. Это означает, что масса жидкости в центральной трубке датчика определяет частоту колебаний последней.

В датчике чувствительный элемент выполнен из нержавеющей стали марки 316L, т. к. он предназначен для использования в коррозионно-активных жидкостях. Цельносварная конструкция датчика, позволяющая обеспечить высокую надежность в процессе эксплуатации, содержит элемент, позволяющий исключить влияние вибраций трубопровода на результаты измерений. Электронный блок датчика размещается на наружной поверхности вблизи торца датчика.

При малых расходах (до 750 л/час) датчик рекомендуется размещать вертикально или под наклоном, чтобы поток жидкости был направлен снизу вверх. Если жидкость содержит твердые включения, то направление потока должно быть обратным. При установке в трубопроводах с небольшим внутренним диаметром датчик можно мо...