Проверка правильности выбора электрооборудования для взрывоопасных и пожароопасных зон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Проверка правильности выбора электрооборудования для взрывоопасных и пожароопасных зон

Исходные данные:

Наименование помещения - склад баллонов с ацетиленом;

Двигатель - КОМ В1А;

Магнитный пускатель - ПМ-700 МОД;

Пусковая кнопка - КУ В3Г;

Светильник - КО-04 IP-30;

Распределительный щит - Я-3100 IP-53.

Требуется:

1. Определить и обосновать по ПУЭ, 123 Федеральному закону класс зоны, при необходимости определить категорию и группу взрывоопасной смеси по ПИВЭ, ПИВРЭ, ПУЭ и ГОСТ Р МЭК 60079-0-2007;

2. Расшифровать маркировку электрооборудования по нормативным документам: ПИВЭ, ПИВРЭ, ГОСТ Р 51330.0-99 и ГОСТ Р МЭК 60079-0-2007;

3. Проверить соответствие установленного электрооборудования требованиям ПУЭ.

Решение:

Помещение склада баллонов с ацетиленом на основании п. 7.3.41 ПУЭ может быть отнесено к зоне В-Iа или 2 по 123 ФЗ, т.к. ацетилен (температура самовоспламенения - 335 ^оС) является горючим и взрывоопасным газом (ГГ). При нормальной работе технологического оборудования взрывоопасные смеси горючих газов с воздухом не образуются. Их появление возможно только при авариях и неисправностях.

Взрывоопасная смесь ацетилена с воздухом ПУЭ относится к категории IIс и группе Т2 (по ПИВЭ - к категории 4 и группе Б; по ГОСТ Р МЭК 60079-0-2007 - к категории IIс и группе Т2, по ПИВРЭ - к категории 4 и группе Т2). Электрооборудование, установленное в пределах взрывоопасной зоны, должно обеспечивать требуемый уровень взрывозащиты и соответствовать категории и группе взрывоопасной смеси. ПУЭ электрические машины, устанавливаемые в взрывоопасных зонах В-Iа должны иметь уровень взрывозащиты - повышенная надежность против взрыва.

Электродвигатели серии КОМ (взрывозащищенные асинхронные) в исполнении В1А по ПИВЭ маркировка расшифровывается, как взрывозащищённая оболочка 1-ой категории, группы А. Но на основании данной смеси, электрооборудование должно соответствовать не менее 4-ой категории и группе Б, в связи с чем данный электродвигатель не соответствует требованиям взрывозащиты для данной взрывоопасной смеси.

Магнитный пускатель ПМ-700 в исполнении МОД - это пускатель, имеющий (по ПИВЭ) повышенную надёжность против взрыва, искрящие части которого заключены в заполненную маслом оболочку, подходящий для всех категорий и групп взрывоопасной смеси. Вердикт - магнитный пускатель ПМ-700 соответствует требованиям взрывозащиты для данной взрывоопасной смеси.

Кнопка управления КУ имеет исполнение В3Г по ПИВЭ маркировка расшифровывается, как взрывозащищённая оболочка 3-ой категории, группы Г. Но на основании данной смеси, электрооборудование должно соответствовать не менее 4-ой категории, в связи с чем кнопка управления не соответствует требованиям взрывозащиты для данной взрывоопасной смеси.

Светильник КО-04 общепромышленного исполнения IP-30 маркировка расшифровывается, как взрывонезащищённое оборудование, имеющее защиту от проникновения твёрдых частиц размером не менее 2,5 мм, защита от воды отсутствует. Но для данного помещения с классом зоны - В-Ia, светильники должны иметь повышенную надёжность против взрыва, в связи с чем светильник не соответствует требованиям взрывозащиты для помещения склада ацетилена.

Распределительный щит Я-3100 общепромышленного исполнения IP-53 маркировка расшифровывается, как взрывонезащищённое оборудование, имеющее защиту от проникновения пыли в количествах, не влияющих на работоспособность изделия, а также защиту от капель дождя, падающих под углом не более 60^о по вертикали. Но для данного помещения с классом зоны - В-Ia, светильники должны иметь повышенную надёжность против взрыва, в связи с чем распределительный щит Я-3100 не соответствует требованиям взрывозащиты для помещения склада ацетилена.

2. Тепловой расчет электрических сетей

Исходные данные:

Силовая часть:

Щитов/групп - 2/10;

Напряжение - U=380 В;

Мощность двигателей Р= 1,7-4,5-4,5-10-10-14-14-7-7-7;

n_c=3000 об/мин;

Осветительная сеть:

Щитов/групп - ј;

Количество светильников - 30 шт.;

Мощность светильника - Р_св.=150 кВт;

Напряжение - U=220 В.

Требуется:

- определить и обосновать класс зоны, необходимый вид защиты сети;

- выбрать марки аппаратов защиты, их номинальные токи и токи установки автоматов или номинальные токи плавких вставок предохранителей;

- проверить селективность действия защиты;

- выбрать сечение проводников по условиям допустимого нагрева;

- проверить соответствие защиты сечению проводов ответвлений к двигателям и магистралей.

Решение:

Определение и обоснование класс зоны данного помещения изложены в 1-ой главе контрольной работы.

Расчёт ответвлений к электродвигателям.

Все электродвигатели защищаются от токов коротких замыканий (КЗ) плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитными расцепителями. В нашем случае для защиты электродвигателей от токов КЗ установлены автоматы с электромагнитными расцепителями.

От токов перегрузки защищают электродвигатели, которые установлены во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ В - I; B - Ia; B- II и B - IIa или по 123 Федеральному закону 1, 2, 21, 22 тепловыми реле магнитных пускателей. В остальных случаях электродвигатели защищают от перегрузки таким же образом только в случае, если возможна их механическая перегрузка.

Данные электродвигателей:

Р_дв.1=1,7 кВт; =0,81; =0.88; КПТ=6; n_c=3000 об / мин;

Р_дв.2-3=4,5 кВт; =0,86; =0.89; КПТ=7; n_c=3000 об / мин;

Р_дв.4-5=10 кВт; =0,88; =0.89; КПТ=7; n_c=3000 об / мин;

Р_дв.6-7=14 кВт; =0,88; =0.89; КПТ=6; n_c=3000 об / мин;

Р_дв.8-10=7 кВт; =0,87; =0.89; КПТ=7; n_c=3000 об / мин.

Порядок расчёта:

Определяем номинальные токи электродвигателей по формуле:



Определяем пусковые ток электродвигателей по формуле:

I_п.дв.1=6*3,62=21,72 А;

I_п.дв.2-3=7*8,93=62,51 А; I_п.дв.4-5=7*19,39=135,73 А;

I_п.дв.6-7=6*27,16=162,96 А;

I_п.дв.8-10=7*13,73=96,11 А.

Определяем ток установки автоматов для защиты электродвигателей от токов КЗ по условию:

I_{ср.элм.1}1,25*21,72=27,15 А;

I_{ср.элм.2-3}1,25*62,51=78,14 А;

I_{ср.элм.4-5}1,25*135,73=169,66 А;

I_{ср.элм.6-7}1,25*162,96=203,7 А;

I_{ср.элм.8-10}1,25*96,11=120,14 А.

Для электродвигателей 1-3 выбираем автоматы АП-50 с комбинированным расцепителем, а для остальных электродвигателей выбираем автоматы АЕ2053 с электромагнитным расцепителем:

- для э/д 1 АП-50 с I_н.р.=4 А; I_ср.элм=28 А;

- для э/д 2-3 АП-50 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=110 А;

- для э/д 4-5 АП-50 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А;

- для э/д 6-7 АЕ2053 с I_н.р.=25 А; I_ср.элм=300 А;

- для э/д 8-10 АЕ2053 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А.

Для защиты электродвигателей от токов перегрузки выбираем номинальные токи тепловых реле магнитных пускателей по условию:

- для э/д 1 I_н.тепл=(1,0є1,2)М 3,62=3,62ч4,34 А; ПМЕ-222 с ТРН-8;I_н.тепл =4 А;

- для э/д 2-3 I_н.тепл=(1,0є1,2)М 8,93=8,93ч10,72 А; ПМЕ-222 с ТРН-20; I_н.тепл =10 А;

- для э/д 4-5 I_н.тепл=(1,0є1,2)М 19,39=19,39ч23,27 А; ПМЕ-222 с ТРН-25; I_н.тепл =20 А;

- для э/д 6-7 I_н.тепл=(1,0ч1,2)М 27,16=27,16ч32,59 А; ПА-422 с ТРН-40; I_н.тепл =32 А;

- для э/д 8-10 I_н.тепл=(1,0є1,2)М 13,73=13,73ч16,47 А; ПМЕ-222 с ТРН-20; I_н.тепл =16 А;

Выбираем сечение проводов для ответвлений к электродвигателям. В соответствии с п. 7.3.93 ПУЭ во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ (123 Федеральному закону) В-I, В-Iа (1 или 2), необходимо применять провода и кабеля с медными жилами. Выбираем провод МПРТО (медный провод с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оплетке для прокладки в трубах ПУЭ). Во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа выбор сечений проводов производится по условию:

I_д ?1,25М I_н.дв

- для э/д 1 I_д ?1,25М 3,62=4,52 А, S₁=1,0 мм2, I_д =14 А;

- для э/д 2-3 I_д ?1,25М 8,93=11,16 А, S₁=1,0 мм2, I_д =14 А;

- для э/д 4-5 I_д ?1,25М 19,39=24,24 А, S₁=4,0 мм2, I_д =27 А;

- для э/д 6-7 I_д ?1,25М 27,16=33,95 А, S₁=6,0 мм2, I_д =34 А;

- для э/д 8-10 I_д ?1,25М 8,93=13,73 А, S₁=1,0 мм2, I_д =14 А.

Проверяем соответствие защиты сечению проводов ответвлений к электродвигателям при защите от токов перегрузки по условию для взрывоопасных зон классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22), а также для жилых, общественных зданий, торговых, детских, лечебных, учебных заведений:

- для э/д 1 4 ? 0,8М 14=11,2 А - условие выполнено;

- для э/д 2-3 10,0 ? 0,8М 14=11,2 А - условие выполнено;

- для э/д 4-5 20 ? 0,8М 27=21,6 А - условие выполнено;

- для э/д 6-7 32 ? 0,8М 34=27,2 - условие не выполнено, поэтому для э/д 6-7 выбираем S_6-7=8,0 мм², I_д=43 А, тогда 32 ? 0,8М 43=34,4 А - условие выполнено;

- для э/д 8-10 16 ? 0,8М 14=11,2 А - условие не выполнено, поэтому для э/д 8-10 выбираем S_8-10=2,5 мм², I_д=21 А, тогда 16? 0,8М 21=16,8 А - условие выполнено.

3. Расчет силовых магистралей

Магистрали защищают только от токов короткого замыкания (плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитным расцепителем). В нашем случае, когда ответвления от короткого замыкания защищаются автоматами с электромагнитным расцепителем, целесообразно и силовые магистрали защищать такими же автоматами.

Так как номинальные и пусковые токи электродвигателей определены выше, то дальнейший порядок расчета силовых магистралей следующий:

Определяем максимальный ток магистрали по формуле:



где I_п.дв.max- наибольший пусковой ток двигателя, включенного в магистраль;

I_н.дв.i - номинальный ток i-го двигателя;

К_с - коэффициент спроса;

У нас две силовые магистрали, поэтому рассчитываем каждую из них:

I_м1=0,7*(3,62+2*8,93+2*19,39)+135,73=177,91 А;

I_м2=0,7*(2*27,16+3*13,73)+162,96=229,82 А.

Выбираем установки автоматов по условию I_ср.элм ?1,25М I_м:

I_{ср.элм 1}?1,25М177,91=222,39 А;

I_{ср.элм 2}?1,25М229,82=287,27 А.

Для первой магистрали выбираем автомат АЕ2053 с электромагнитным расцепителем с I_{ср.элм 1}=189 А, а для второй магистрали такой же автомат с I_{ср.элм 2} =300 А.

Выбираем сечение проводников для магистралей 1 и 2 по условию:

I_д.м1=0,7*(3,62+2*8,93+2*19,39)=42,18 А;

_Iд.м2=0,7*(2*27,16+3*13,73)=66,86 А.

Для силовых магистралей выбираем трехжильный провод МПРТО, прокладку будем осуществлять в трубах. Сечение выбираем ПУЭ:

- для магистрали 1 S₁=8 мм², I_д.м1=43 А;

- для магистрали 2 S₂=16 мм², I_д.м2=70 А.

Проверяем соответствие защиты сечению проводов магистралей по условию:

I_ср.элм1 4,5I_д.м1

1894,5*43=193,5 - условие выполнено;

I_ср.элм2 4,5I_д.м2

3004,5*70=315 - условие выполнено.

Так как в силовой сети установлены автоматы с электромагнитным расцепителем, то селективность защиты ими в зоне токов КЗ не обеспечивается, т.е. если ток КЗ достигает и для ответвления и для магистрали значения тока срабатывания их электромагнитных расцепителей, то оба автомата сработают практически мгновенно.

4. Расчет сети освещения

Согласно ПУЭ от токов КЗ должны защищаются все осветительные и силовые сети. Защите от токов перегрузки подлежат сети всех видов во взрывоопасных зонах, за исключением зон B-Iб и B-Iг (1 или 2).

Напряжение сети освещения U=220 В, мощность светильников Р_св.=150 Вт, количество светильников 30 шт.

Расчет осуществляем в следующей последовательности:

Определяем расчетные токи, потребляемые группами 1-6 и группой 7 по формуле:

где К_с- коэффициент спроса (для сетей освещения до 380 В К_с=1);

n_1-6 - количество светильников в группах _1-6;

Р_св. - мощность светильника, Вт;

U - напряжение сети освещения, В.

I_р1-3=1*150*7 / 220= 4,77 А;

I_р4=1*150*9 / 220= 6,13 А.

Выбираем номинальные токи плавкой вставки предохранителя для групп светильников 1-3 и 4 по условию: I_{н.вст.1-3} ? 4,77 А; I_н.вст.4 ? 6,13 А.

Выбираем для 1-3 групп освещения предохранители ПР-2, I_н.вст.=6 А, для 4 группы освещения предохранитель ПР-2, I_н.вст.=10 А.

Выбираем сечение провода МПРТО при прокладке в трубах.

Сечение жил при защите сетей от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа выбирают по условию I_д ? 1,25 I_н.вст.:

I_д.1-3 ?1,25М 6=7,5 А

I_д.4 ?1,25М 10=12,5 А.

Для этого тока выбираем для всех групп двухжильный провод минимального сечения S=1 мм², для которого I_д.1-4 =15 А.

Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для групп освещения и сечений проводов по условию:

I_н.вст. ? 0,8М I_д,

для групп 1-3 6?0,8М 17=13,6 А - условие выполнено;

для группы 4 10?0,8М 17=13,6 А - условие выполнено.

Определяем ток магистрали освещения I_м:

где n_м - количество светильников, получающих питание по магистрали освещения.

I_м=1*150*30 / 220=20,45 А.

Выбираем номинальные токи плавких вставок предохранителей для магистралей освещения по условиям:

I_н.вст.м 20,45 А.

В соответствии с этими условиями для магистрали освещения выбираем предохранитель Ц-27 и I_н.вст.м=25 А (I_{н.предохранителя1}=25 А).

Выбираем сечения двухжильных проводов МПРТО для магистрали освещения при прокладке в трубах:

S_м = 2,5 мм².

Этому сечению соответствует длительно допустимый ток: I_д.м = 25 А.

Проверяем селективность действия защиты групп и магистрали освещения по условию:

- для магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней: откуда после подстановки значений имеем 25 / 10 = 2,5 1,6 - условие выполнено.

Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для магистрали освещения и сечений проводов магистралей освещения по условиям при защите от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа, В-II, В-IIа: I_н.вст.м ? I_д.м, откуда после подстановки значений имеем 25 ? 15 - условие не выполнено; поэтому для магистрали освещения выбираем сечение S_м = 2,5 мм², которому соответствует I_д.м =25 А.Тогда 25 ? 25 - условие выполнено.



4. Разработка молниезащиты здания (сооружения)

Исходные данные:

Город - Архангельск;

Размеры здания - L-S-H=90-30-25;

Плотность грунта - .

Требуется:

1. Обосновать необходимость и категорию молниезащиты.

2. Выбрать тип и место установки молниеотвода.

3. Дать описание и эскизы элементов молниеотвода.

4. Рассчитать параметры молниеотвода и его зоны защиты.

5. Построить зону защиты молниеотвода.

6. Дать описание защиты от вторичных проявлений молнии.

Решение:

Помещение для хранения баллонов с ацетиленом относится к классу взрывоопасной зоны В-Iа. Так как оно находится в Архангельске, где среднегодовая продолжительность гроз 10-20 часов требуется молниезащита категории II. Для определения типа зоны молниезащиты по данным определяем удельную плотность ударов молнии в землю n, 1/(км²•год) в городе Архангельске. Она равна 1, 1/(км²•год).

Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формуле:

N=[(S+6Н)(L+6H)-7,7•Н²]•n•10^-6,

где Н - наибольшая высота здания или сооружения в метрах.

N=[(30+6•25)(90+6•25)-7,7•25²]•1•10^-6=0,038.

Поскольку N=0,038?1 устанавливаем, что тип зоны защиты будет Б.

Здание для хранения баллонов с ацетиленом протяженное, поэтому выбираем одиночный тросовый молниеотвод. При установке отдельно стоящих молниеотводов для объектов II категории молниезащиты расстояние от них по воздуху и земле до защищаемого объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется; в соответствии корпуса установок из железобетона (наше помещение из железобетона) должны быть оборудованы молниеотводами, установленными на защищаемом объекте или отдельно стоящими. Поэтому опоры одиночного тросового молниеотвода установим на торцевых стенках нашего здания.

Опоры тросовых молниеотводов должны быть рассчитаны с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузок. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона и дерева. В нашем случае установим опоры из стали.

Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм². Мы используем именно такой молниеприемник сечением 35 мм².

Соединение молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителем должны выполняться, как правило, сваркой, поэтому такое соединение используем и мы.

Токоотводы, соединяющие молниеприемник с заземлителями, выполняем круглыми из стали диаметром 6 мм при прокладке снаружи здания и диаметром 10 мм при прокладке в земле. Токоотводы прокладываем по наружным торцевым стенкам здания кратчайшим путем. В качестве заземлителей используем искусственные стальные трехстержневые заземлители, эскиз которых приведен ниже.

Рис. 1. Трехстержневой заземлитель.

Расчет параметров одиночного тросового молниеотвода с зоной защиты Б производим по формулам:

h=(r_x+1,85•h_x):1,7,

где h - высота троса в середине пролета; r_x=S/2=30/2= 15 м; h_x=H=25 м, следовательно, h=(15+1,85•15):1,7=25,15 м; h_оп=h+2=25,15+2=27,15 м; h_o=0,92•h=0,92•25,15=23,14 м; r_o=1,7•h=1,7•25,15=42,75 м.

По полученным значениям параметров строим зону защиты одиночного тросового молниеотвода.

Для защиты зданий и сооружений II категории молниезащиты от вторичных проявлений молнии предусмотрены следующие мероприятия:

а) металлические корпуса всего оборудования и аппаратов, установленных в защищаемом здании, присоединены к заземляющему устройству электроустановок (в качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые заземлители электроустановок, кроме нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ);

б) внутри здания между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их сближения на расстояние менее 10 см через каждые 30 м выполнены перемычки из стальной проволоки диаметром 5 мм или стальной ленты сечением 24 мм²; для кабелей с металлическими оболочками или броней перемычки выполнены из гибкого медного проводника;

в) во фланцевых соединениях трубопроводов внутри здания обеспечена затяжка не менее четырех болтов на каждый фланец.

Защита от заноса высокого потенциала по подземным коммуникациям осуществлена присоединением их на вводе в здание к заземлителю электроустановок или защиты от прямых ударов молнии.

Защита от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) коммуникациям выполнена путем их присоединения на вводе в здание к заземлителю электроустановок или защиты от прямых ударов молнии, а на ближайшей к вводу опоре коммуникации - к ее железобетонному фундаменту. При невозможности использования фундамента (в средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3%), должен быть установлен искусственный заземлитель, состоящий из одного вертикального или горизонтального электрода длиной не менее 5 м. Однако в нашем случае указанные ограничения на использование железобетонного фундамента отсутствуют, поэтому на ближайшей к вводу опоре коммуникации выполнено присоединение ее к железобетонному фундаменту.

Для защиты от заноса высокого потенциала по воздушным линиям электропередачи, сетям телефона, радио и сигнализации ввод в здание воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ, сетей телефона, радио, сигнализации должен осуществляться только кабелями длиной не менее 50 м с металлической броней или оболочкой или кабелями, проложенными в металлических трубах. В нашем случае мы используем кабели, проложенные в металлических трубах. При этом последние на вводе в здание присоединяем к железобетонному фундаменту.

электрооборудование молниезащита магистраль

Рис. 2. Зона защиты тросового молниеотвода.

Литература

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - 6, 7-е изд. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010. - 854 с.

2. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: учебник. - М.:Академия ГПС МЧС России, 2002.-377 с.

3. Черкасов В.Н., Зыков В.И. Обеспечение пожарной безопасности электроустановок: учебное пособие. - М.:ООО “Издательство Пожнаука”, 2010. - 406с.

4. Скрипник И.Л., Палицын А.Б. Пожарная безопасность электроустановок: задания и методические рекомендации по выполнению контрольной работы для слушателей заочного и дистанционного обучения по специальности 280104.65 - “Пожарная безопасность” / Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2011. - 27 с.

5. Черкасов В.Н. Пожарно-техническая экспертиза электротехнической части проекта: Учеб. Пособие. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. - 133с.

6. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 56 с.

7. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федеральный закон Российской Федерации от 22.07.2008. № 123 Ф3: принят Гос. Думой 04.07.2008: одобрен Советом Федерации 11.07.2008. - М.: ФГУ ВНИИПО, 2008. - 157с.

8. ГОСТ Р МЭК60079-0-2007. Взрывоопасные среды. Оборудование. Общие требования. - Введ. 01.01.2009. - М.: Стандартинформ, 2009.

9. ГОСТ Р 51330.0.-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Общие требования. - Введ. 01.01.2001. - М.: Стандартинформ, 2001.

10. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ). - М.: Энергия, 1969.

11. Правила изготовления взрывозащищенного электрооборудования (ПИВЭ). - М.: Энергия, 1963.

Размещено на Allbest.ru

...