4 Выбор электродвигателей, пусковых и защитных аппаратов

Для выбора конструкции, вида исполнения и способа установки силового электрооборудования исходными данными являются: номинальное напряжение питающей сети и условия окружающей среды.

Мощность должна быть выбрана такой, чтобы исключить недопустимый нагрев оборудования в нормальных условиях эксплуатации. Кроме того, следует предусматривать применение новых модификаций силового оборудования.

Выбранный электродвигатель должен отвечать следующим требованиям:

1) механические характеристики двигателя должны соответствовать характеристикам рабочего механизма;

2) мощность электродвигателя должна максимально использоваться в процессе работы;

3) исполнение электродвигателей должно соответствовать условиям окружающей среды;

4) характеристики электродвигателя должны соответствовать характеристикам рабочего механизма.

Электродвигатели необходимо выбирать таким образом, чтобы его номинальная мощность соответствовала мощности приводимого механизма т.е.

Р_Н.Д ≥ Р_МЕХ, (4.1)

где Р_Н.Д – номинальная мощность выбираемого двигателя, кВт;

Р_МЕХ – мощность механизма, для которого выбираем двигатель, кВт.

Пример: мощность рециркуляционного электронасоса РЭН1 в/к Р_МЕХ=160 кВт, по условию 4.1 выбираем двигатель серии 6А315S2 с Р_Н.Д.=160кВт.

Аналогично производим выбор электродвигателей и для других механизмов, и результаты сводим в таблицу 4.1

Таблица 4.1 – Выбор электродвигателей

Наименование установки	РМЕХ , кВт	РН.Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η ,%	Кп
Электронасос РЭН № 1 в/к	160	160	6А315S2	3000	0,91	93,5	7
Электронасос РЭН № 2 в/к	160	160	6А315S2	3000	0,91	93,5	7
Электронасос РЭН № 3 в/к	160	160	6А315S2	3000	0,91	93,5	7

Таблица 4.2 − Выбор высоковольтных двигателей большой мощности

Наименование установки	РМЕХ , кВт	РН.Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η ,%	Кп
Электронасос СЭН 1	630	630	ВАО7-560М-2	3000	0,9	95,1	7,0
Электронасос СЭН 2	630	630	ВАО7-560М-2	3000	0,9	95,1	7,0
Электронасос СЭН 3	630	630	ВАО7-560М-2	3000	0,9	95,1	7,0
Электронасос СЭН 4	630	630	ВАО7-560М-2	3000	0,9	95,1	7,0

Таблица 4.3 − Выбор приводов задвижек

Наименование установки	РМЕХ , кВт	РН.Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η ,%	Кп
Задвижки нагнет. и всас. электронасосов СЭН1,СЭН2,СЭН3,СЭН4	3,2	4,0	4А112МВ6У3	1000	0,81	82,0	6,0

Таблица4.4 − Выбор двигателей мостового крана

Наименование установки		РМЕХ , кВт	РН.Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η ,%	Кп
Мостовой кран	Двигатель перемещения моста	20,5	22	MKTF411-6	1000	0,79	82,5	5,5
	Двигатель перемещения тележки	13	15	MKTF312-6	1000	0,78	81	5,5
	Двигатель подъёма	4,5	5,0	MKTF112-6	880	0,74	74	4

А ппараты управления и защиты выбирают по номинальному току нагрузки, номинальному напряжению и роду тока питающей сети.

Для защиты двигателей от к.з. выбираем автоматические выключатели, а от перегрузок-тепловые реле, которые идут в комплекте с магнитными пускателями. Для дистанционного управления и защиты от пониженного напряжения применяем магнитные пускатели.

Рассмотрим выбор вышеперечисленной аппаратуры на примере рециркуляционного электронасоса РЭН 1 в/к с двигателем серии 6А315S2 с P_H=160 кВт, n_H=3000 об/мин, cosφ=0,91 , η=93,5%, К_П=Ι_П/Ι_Н=7.

1 Номинальный ток электродвигателя:

I_Н= , (4.2)

где I_Н- номинальный ток электродвигателя, А;

Р_Н – номинальная мощность двигателя, кВт;

U_Н – номинальное напряжение двигателя, кВ;

η – КПД при номинальной нагрузке;

cos φ – номинальный коэффициент мощности.

I_Н= =285,7 А.

2 Пусковой ток электродвигателя :

I_П=I_Н·К_П , (4.3)

где К_П- кратность пуска двигателя;

I_П- пусковой ток электродвигателя, А.

I_П=285,7·7=1999,9А.

3 Выбор автоматического выключателя производится по следующим условиям:

I_Н.А I_Н, (4.4)

I_Н.Р I_.Н, (4.5)

где I_Н.А- номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_Н.Р- номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А.

I_Н.А 285,7А,

I_Н.Р 285,7А.

Принимаем автомат ВА 51-37 с I_Н.А=400А, I_Н.Р=320А (1,стр.99).

Кратность тока отсечки по отношению к номинальному току:

К_ОТС 1,25·I_ПИК/ I_Н.Р , (4.6)

К_ОТС 1,25·1999,9/320=7,8.

Принимаем кратность тока отсечки по отношению к номинальному току К_ОТС=10.

Проверяем выбранный автомат по проверочному условию:

I_СР 1,25·I_ПИК, (4.7)

где I_СР-ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя, А.

I_СР= К_ОТС · I_Н.Р, (4.8)

I_СР=10·320=3200А,

3200А 1,25·1999,9=2499,88.

Условие выполняется, значит автомат выбран верно.

4 Поскольку мощность двигателя рециркуляционного электронасоса больше 100кВт, то для дистанцион­ного управления и защиты от пониженного напряжения применяем контактор. Выбор контактора проведем по условию:

I_КН I_Н, (4.9)

где I_КН- номинальный ток контактора, А,

I_Н- номинальный ток двигателя ,А.

I_КН 285,7А

Принимаем контактор КМ2- 56 с I_КН=400А. В конструкции контактора также предусмотрен устанавливаемый в комплекте с контактором тепловой расцепитель.

Для питания всех двигателей проектируемого цеха будем использовать алюминиевый кабель марки АВВГ, имеющий три фазные жилы и четвёртую-нулевую.

Сечение жил кабелей выбирается по следующим условиям:

I_ДОП , (4.10)

где I_ДОП-допустимый ток выбираемого кабеля, А;

I_Р- расчетный ток проводника, А;

К_П- поправочный коэффициент на условия прокладки (при нормальных условиях К_П=1).

I_ДОП , (4.11)

где I_З – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А;

К_З – кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата.Принимаем для предохранителей К_З =0,33, для автоматических выключателей К_З =0,66.

I_ДОП 285,2А ,

I_ДОП =211,2А.

Таким образом выбираем кабель АВВГ (3×150+1×70)мм² с I_ДОП =235А из справочника (1,стр.112).

Схема защиты и управления привода рециркуляционного электронасоса представлена на рисунке 2.1.

ВА 51-37

АВВГ (3×150+1×70)

КМ2-56

Рисунок 2.1 – Схема защиты и управления однодвигательным приводом.

Расчёт высоковольтных двигателей произведём на примере сетевого электронасоса СЭН1 с двигателем ВАО7-560М-2 с P_H=630 кВт, n_H=3000 об/мин, cosφ=0,9 , η=95,1%, I_ПУСК/I_НОМ=7.

Номинальный ток двигателя определяется по формуле 4.2:

I_ДВ= =70,95 А

Пусковой ток определяем по формуле 4.3:

I_ПУСК=7×70,95=496,65А

Для защиты высоковольтных двигателей необходимо выбрать высоковольтный выключатель, разъединитель, а для питания − высоковольтный кабель на напряжение 6кВ.

Выбор высоковольтного выключателя производим по следующим условиям:

1) U­­_НОМ≥U_{НОМ.СЕТИ} (4.25)

где U­­_НОМ – номинальное напряжение выключателя;

U_{НОМ.СЕТИ} − номинальное напряжение сети.

10кВ≥6кВ

2) I_HOM≥I_ПУСК (4.26)

где I_HOM − номинальный ток выключателя;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя

630А≥496,65А

Из справочника (7,стр 441) выбираем вакуумный выключатель с электромагнитным приводом ВВЭ-10-31,5/630 с U­­_НОМ=10кВ, I_HOM=630А.

Выбор разъединителей производим по следующим условиям:

1) U­­_НОМ≥U_{НОМ.СЕТИ}

где U­­_НОМ – номинальное напряжение выключателя;

U _{НОМ.СЕТИ} − номинальное напряжение сети.

10кВ≥6кВ

2) I_HOM≥I_ПУСК

где I_HOM − номинальный ток выключателя;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя

630А≥496,65А

Из справочника (7, стр. 443) выбираем разъединитель внутренней установки с заземляющими ножами РВЗ-10/630

Выбор высоковольтного кабеля производим по условиям:

1) S­_ЭК= (4.27)

где S­_ЭК − сечения кабеля, выбранное по экономической плотности тока;

I_H − номинальный ток двигателя

J_ЭК − экономическая плотность тока. Принимаем J_ЭК=1,4 А/мм­­­_­² .

S­_ЭК= =50,68 мм­­­_­²

Из литературы (1, стр 112) выбираем кабель ААШвУ-6 (3×70) мм² с

I_ДОП=140А

2) I_ДОП≥I_ПУСК

где I_ДОП − допустимый ток кабеля, А;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя.

2×270≥508,2

Принимаем два параллельных кабеля 2ААШвУ-6 (3×185) с I_ДОП=270А.

Рисунок 2.4 − Выбор аппаратов для двигателей сетевых электронасосов

По аналогии с другим электрооборудованием производим выбор вводного автомата, силового ящика с рубильниками и предохранителями, кабеля, питающего троллеи, а также магнитных пускателей и результаты расчётов сводим в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 – Выбор защитной аппаратуры электродвигателей.

Наименование установки	Марка двигателя	IHOM, А	Автомат		Контактор		Кабель
			Марка	IH.P. , A	Марка	IК.Н , A	Марка	IДОП, А
Рециркуляцион-ные электронасосы РЭН 1,2,3	6А315S2	285,7	ВА51-37	320	КМ2-56	400	АВВГ (3×150+1×70)	235

Таблица 4.6 – Выбор высоковольтных аппаратов.

Наименование установки	Марка двигателя	IHOM, А	Выключатель		Разъединитель		Кабель
			Марка	IHOM, А	Марка	IHOM, А	Марка	IДОП, А
Сетевые электронасосы СЭН 1,2,3,4	ВАО7-560М-2	70,95	ВВЭ-10-31,5/630	630	РВЗ-10/630	630	ААШвУ-6 (3×70)	140

Таблица 4.7 – Выбор аппаратов для приводов задвижек.

Наименование установки	Марка двигателя	IHOM, А	Автомат		Магнитный пускатель		Кабель
			Марка	IH.P., A	Марка	IH., A
Приводы задвижек нагнетания и всасывания	4А112МВ6У3	9,1	ВА 51-25	10	ПМЕ-112	10	АВВГ (3×2,5)

5 Расчёт нагрузок цеха

Перед тем как рассчитать нагрузку цеха разделим все электроприемники на группы, которые будут питаться от распределительного шкафа.

Расчет нагрузок для групп электроприемников проводим по методу упорядоченных диаграмм в следующей последовательности на примере первой группы электроприемников с электродвигателями №5;9;10;1;11, номинальная мощность двигателей соответственно Р_Н.Д=630;3,2;3,2;160;3,2 кВт.

Так как задвижки работают в кратковременном режиме, то их мощности при расчёте нагрузок цеха не учитываются. Следовательно:

Р_Н.Д=630;160 кВт.

1 Суммарная активная мощность двигателей:

∑Р_Н= Р_Н1+Р_Н2+ …+Р_n, (5.1)

где Р_1,2…- номинальные мощности двигателей соответствующего электрооборудования кВт.

∑Р_Н= 630+160=790 кВт.

2 Активная мощность за наиболее загруженную смену:

Р_СМ=∑К_И·Р_Н; (5.2)

Р_СМ =0,7·(630+160)= =553 кВт

3 Реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

Q_СМ=∑Р_СМ·tgφ; (5.3)

Q_СМ=553·0,6=331,8 кВАр

4 Эффективное число электроприемников в группе:

n_Э= (∑Р_н)²/∑Р_н²; (5.4)

n_Э=

5 Групповой коэффициент использования:

К_И = ; (5.5)

К_И =

6 Групповой tgφ:

; (5.6)

7 Коэффициент максимума в зависимости от коэффициента

использования группы и эффективного числа электроприемников:

К _М (5.7)

К_М =1,782

Коэффициент максимума для реактивной нагрузки примем К_М'=1,1 , поскольку К_И≥0,2 и n_Э 10.

8 Расчетная активная нагрузка:

Р_Р=К_М · Р_СМ; (5.8)

Р_Р =1,782 ·553 =985,5 кВт

9 Расчетная реактивная нагрузка:

Q_Р= К_М' · Q_СМ ; (5.9)

Q_Р=1,1·331,8=364,98 кВАр.

10 Полная нагрузка электроприемников:

S_Р= ; (5.10)

S_Р =1050,9 кВА

11 Расчетный ток группы:

I_Р= (5.11)

I_Р= = 101,24А

12 Пиковый ток группы:

I_{ПИК. ГР} =I_П.МАХ+ I_Р.ГР- I_Н.МАХ·К_И ; (5.12)

I_П.МАХ- пусковой ток самого мощного электроприемника в группе, А;

I_Н.МАХ- номинальный ток самого мощного электроприемника в группе, А;

К

23.430131.00ПЗ

_И- коэффициент использования самого мощного электроприемника в группе.

I_{ПИК. ГР} =525,56+101,24 – 75,08·0,7=574,24А

Аналогично рассчитываем нагрузки для второй, третей и четвертой группы электроприемников и результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.

Т аблица 5.1- Расчет нагрузок для электроприемников

Номер станка	n	PН, кВт	KИ	cosφ/ tanφ	РСМ, кВт		QСМ, кВт	nЭ	km	k’m	PР, кВт	QP, кВар	SP, кВА	IP, А	IПИК, А
Группа 1
5	1	630	0,7	0,4/2,29	441		264,6
1	1	160	0,7	0,4/2,29	112		67,2
итог группа 1	2	790	0,7	0,4/2,29	553		331,8	1,48	1,78	1,1	985,5	364,98	1050,9	101,24	574,24
Группа 2
6	1	630	0,7	0,4/2,29	441	264,6
2	1	160	0,7	0,4/2,29	112	67,2
итого группа 2	2	790	0,7	0,4/2,29	553	331,8		1,48	1,78	1,1	985,5	364,98	1050,9	101,24	574,24
Группа 3
7	1	630	0,7	0,4/2,29	441		264,6
3	1	160	0,7	0,4/2,29	112		67,2
итого группа 3	2	790	0,7	0,4/2,29	553		331,8	1,48	1,78	1,1	985,5	364,98	1050,9	101,24	574,24
Группа 4
8	1	630	0,7	0,4/2,29	441		264,6
итого группа 4	1	630	0,7	0,4/2,29	441		264,6	1	1,98	1,1	873,18	291,06	920,4	88,67	561,67
Сварочный трансформатор
19	1	30	0,2	0,4/2,29	6		13,74	-	-	-	-	-	-	-	-
Мостовой кран
20	3	42	0,25	0,5/1,73	10,5		18,17	-	-	-	10,5	18,17	20,98	31,78	300,58

Итого по цеху	11	3072	0,54	0,42/2,21	2116,5	1291,9	5,4	1,83	1,1	3840,2		1404,2		4094,1		424,17		2584,97
Освещение											3,69		6,38		7,37		-	-
Итого с освещением											3843,9		1410,6		416,47		-	-