Проектування електрообладнання об'єктів цивільного призначення

Для розв'язання рівняння (И.6) зручно використовувати номограму, наведену на рисунку И.3. Таким чином, можливо розраховувати наступні параметри для найбільш характерних швидкості повітряного потоку 10 м/с у повітроводі та різниці температур Δ _L:

витрати повітря;

поперечний переріз вентиляційного каналу;

поперечний переріз забірного та витяжного отворів для повітря (приблизно 25 % поперечного перерізу каналу).

Взаємозв'язок швидкості повітряного потоку V_L, швидкості повітря V та середньої величини поперечного перерізу А визначається за формулою:

Номінальна потужність вентилятора для камери Р, кВт, визначається за формулою:

де р – повний тиск повітряного потоку, Н/м², що визначається як р = р_R + р_B;

р_R – статичний тиск;

р_B – динамічний тиск;

V_L – витрати повітря, м³/год;

η – к.к.д. вентилятора (0,7.. .0,9).

Статичний тиск складається з суми втрат тиску в обладнанні (фільтрах, глушниках, опорах вигинів, решіток та зміні поперечного перерізу) та повітроводах. Типові значення втрат тиску для цих випадків наведено в таблиці И.2.

Таблиця И.2

Жалюзі приблизно 10 ... 50 Н/м²

Решітка

приблизно 10 ... 20 Н/м²

Глушники

приблизно 50 ... 100 Н/м²

Динамічний тиск р_В, Н/м², визначається за формулою:

де v_К – швидкість повітря у повітроводі, Н/м², що визначається як

v_К = ;

V_L – витрати повітря, м³/год;

А_К – поперечний переріз повітроводу, м².

Приклад

Дано: в камері знаходяться два трансформатори потужністю 2000 кВּА (S_ном = 2000 кВּА; Р₀ = 3 кВт; Р_К = 19 кВт; k₃ = 0,7; Δ _L = ₁ - ₂ = 15 К), розміщення вентиляції наведено на рисунку И.3.

Тепловиділення трансформаторів складе:

Рисунок И.3

Рисунок И.4

За номограмою на рисунку И.4, відкладуючи Q_VЗ .знаходимо:

поперечний переріз забірного отвору А₁ = 0,58 м²;

поперечний переріз повітроводу А_К = 0,14 м²;

необхідна витрата повітря на охолодження V_L = 5 000 м³/год.

З врахуванням того, що довжина прямих ділянок повітроводу становить L = 5 м; маємо два 90° повороти радіусом r = 2D; маємо одну витяжну повітророзподільну решітку та одну забірну решітку; маємо вентилятор з вихлопною жалюзійною решіткою, визначаємо статичний тиск за номограмою (рисунок И.5):

Рисунок И.5

проводимо пряму від шкали А_К=0,14 м² до шкали витрати повітря V_L = 5 м³/год, отримуємо швидкість повітря в повітроводі ν_DUKT = 10 м/с.

Втрати тиску на метр повітроводу p_RO = 2,5 Н/м²ּм, тобто повні втрати на всій довжині повітроводу p_R1 = p_ROּL = 2,5ּ5 = 12,5 Н/м².

Втрати тиску на двох вигинах (визначаються за нижньою частиною номограми рисунка И.5 за значенням ν_DUKT) p_R2 = 2 ּ 13 = 26 Н/м².

Втрати тиску на вхідній решітці p_R3 = 20 Н/м².

Втрати тиску на вихідній решітці p_R4 = 20 Н/м².

Втрати тиску на вентиляторі та його вихідних жалюзях p_R5 = 50 Н/м².

Повні втрати статичного тиску складуть: p_R = 12,5 + 26 + 20 + 20 + 50 = 128,5 Н/м².

Динамічний тиск визначається за формулою (И.9): р_B= 0,61ּ10² = 61 Н/м².

Повний тиск повітряного потоку складе: р = 128,5 + 61= 189,5 Н/м².

Таким чином, необхідно використовувати вентилятор продуктивністю 5000 м³/год за повного тиску 190 Н/м².

Примітка. За формулою (И.8) також можливо розрахувати потужність вентилятора (котра для цього прикладу становитиме величину близько 300 Вт), але зазвичай в цьому немає необхідності, якщо відомі дані обраного вентилятора.

ДОДАТОК К (довідковий)

РОЗРАХУНОК ГРАНИЧНО-ДОПУСТИМОЇ ПОТУЖНОСТІ НАВАНТАЖЕННЯ ВІД ДВИГУНА, ЩО ЖИВИТЬСЯ ВІД АВТОНОМНОЇ ДЕС Не дивлячись на досить широке застосування різноманітних систем плавного пуску електродвигунів, в даний час найбільш поширеним є все ж таки пряме включення, що вимагає виконання умов пуску особливо в аварійних системах електропостачання. Підвищені вимоги до надійності електропостачання таких електроприймачів як пожежні насоси, системи димовидалення, ліфти для транспортування пожежних підрозділів та інші, обумовлюють необхідність застосування третього незалежного джерела електропостачання, в якості якого найбільш розповсюдженим є дизельна електростанція (ДЕС).

Для обґрунтованого вибору потужності ДЕС необхідно враховувати реальні характеристики використовуваних у ДЕС синхронних генераторів, систем збудження та регулювання напруги.

У випадку вибору потужності ДЕС більші або які дорівнюють пусковій потужності двигуна, пуск буде забезпечений. Проте це призведе до значного збільшення потужності та вартості ДЕС, експлуації її за низького коефіцієнта використання. Недовантаження ДЕС також призводить до зменшення ресурсу дизельного двигуна внаслідок карбонізації, що викликає скупчення незгорілих газів у циліндрах та необґрунтовані витрати на експлуатацію. Тому більш практичне значення має визначення розрахункової економічно обґрунтованої та мінімальної (з точки зору вартості) потужності ДЕС.

Розрахунок гранично-допустимої потужності навантаження від двигуна, що живиться від автономної ДЕС, складається з:

а) визначення величини допустимої мінімальної напруги на затискачах електродвигуна, за якої можливий прямий пуск;

б) визначення гранично-допустимої потужності двигуна під час пуску від ДЕС без врахування та з врахуванням втрат напруги в живильній лінії "двигун-ДЕС".

К.1 Визначення величини допустимої мінімальної напруги на затискачах електродвигуна Можливість прямого пуску короткозамкненого двигуна визначається за формулою:

де U_дв, – напруга на затискачах електродвигуна в частках від номінальної напруги;

m_мех ⁼ М_мех/М_ном – необхідна кратність початкового моменту приводного механізму;

т_n = М_пуск/М_ном – кратність пускового (початкового) моменту електродвигуна (за каталогом);

К_з – коефіцієнт завантаження електродвигуна;

1,1 – коефіцієнт запасу.

Для визначення значень кратності початкових моментів деяких механізмів т_мех можливо користуватися даними, наведеними в таблиці К.1.

Таблиця К.1 – Значення коефіцієнта т_мех для різних видів механізмів

Вид механізму

т_мех

Вентилятори

0,4 ... 0,5

Компресори відцентрові та поршньові

0,4

Насоси відцентрові та поршньові

0,4

Ліфти пасажирські та вантажні

1,7... 1,8

Верстати металообробні

0,3

Приклад 1

а) необхідно визначити напругу, необхідну для пуску двигуна пасажирського ліфта з електродвигуном старої серії АСМ 52-6 потужністю 4,5 кВт. Параметри двигуна: I_ном.дв = 12 A; K_i = 4,5; т_п = 2,2; m_max = 2,3 за формулою:

б) у той час для нових двошвидкісних двигунів серії 5AH180S4/16 потужністю 5 кВт з пара метрами І_{ном дв} = 11,6 А; К_i = 6,5; т_п = 2,8; m_max = 3,6:

Тобто величина напруги під час пуску на затискачах електродвигуна не повинна бути меншою за 84 % від номінальної;

в) відмітимо, що насосне обладнання, як правило, дозволяє ще меншу величину напруги, необхідну для вдалого пуску двигуна. Так, для насосного агрегату потужністю 55.кВт станції пожежегасіння з двигуном 4А225М4УЗ з параметрами І_{ном дв} = 100А; К_i = 7; т_п= 1,3; m_max = 2,5 розрахунок дає наступне значення:

Тобто величина напруги під час запуску на затискачах електродвигуна в цьому випадку повинна бути більшою за 60 % номінальної напруги.

К.2 Визначення допустимої потужності двигунів під час пуску від ДЕС Через велику різноманітність конструкцій генераторів, їх систем збудження та керування, типу пристрою автоматичного регулювання напруги (АРН AVR^*)), що використовується виробником, не існує єдиного аналітичного рівняння для розрахунку допустимої потужності двигунів під час пуску від ДЕС.

Для інженерних розрахунків проектувальникам рекомендується застосовувати нижче наведену методику перевірки допустимої потужності двигуна для попередньо обраного генератора та за необхідності уточнення її шляхом послідовних ітерацій для різних потужностей генераторів.

К.2.1 Визначення допустимої потужності двигунів під час пуску від ДЕС (без врахування падіння напруги в живильних лініях)

Задавши величину напруги, необхідну для пуску двигуна U_дв,, можливо визначити допустиму потужність навантаження від двигуна за умов живлення від автономного генератора за формулою:

де S_n.дв – повна пускова потужність двигуна, кВּА;

S_ген – повна номінальна потужність ДЕС, кВּА;

К_і – кратність пускового струму двигуна (за каталогом);

η_дв cosφ_ном.дв – добуток коефіцієнта корисної дії (к.к.д.) двигуна на номінальний коефіцієнт потужності (з достатньою для практичних розрахунків точністю можливо приймати η_двcosφ_ном.дв = 0,85).

Повна пускова потужність двигуна S_n.дв визначається за кривими ΔU%=f(S_n.дв)^**) заводу-виробника для обраної ДЕС визначеної потужності та визначеним пристроєм АРН AVR.

Приклад 2

а) необхідно визначити можливість пуску двигуна пасажирського ліфта з електродвигуном потужністю 5 кВт, параметри якого наведені у прикладі 1 в переліченні б) від автономної дизельної електростанції потужністю 40 кВּА. Криві генератора даної ДЕС з двома найбільш розповсюдженими серіями пристроїв AVR наведені на рисунку К.1.

Рисунок К.1

Як було розраховано у прикладі 1 в переліченні б), напруга для пуску двигуна становить величину U_дв*=0,84, тобто ΔU %= 1 - 0,84 = 16 %. За кривою рисунка К.1 отримуємо два значення:

S_n.дв = 29 кВּА для AVR серії SX;

S_n.дв = 38 кВּА для AVR серії MX.

Звідси за формулою (К.2) знаходимо:

Р_ном.дв=29· =3,8 кВт для AVR серії SX;

Р_ном.дв=38· =5,0 кВт для AVR серії MX.

Таким чином, ДЕС потужністю 40 кВּА забезпечить пуск двигуна ліфта тільки за умови використання AVR серії MX;

б) необхідно визначити можливість пуску двигуна насосного агрегату потужністю 55 кВт станції пожежегасіння, параметри якого наведені у прикладі 1 у переліченні в), від автономної дизельної електростанції потужністю 140 кВּА. Криві генератора для даного дизель-генератора з двома найбільш розповсюдженими серіями пристроїв AVR наведені на рисунку К.2.

Рисунок К.2

Як було розраховано у прикладі 1 у переліченні в), необхідна для пуску даного двигуна напруга складає значення U_дв* = 0,6; тобто ΔU % = 1–0,6 = 40 %. За кривими рисунка К.2 отримуємо два значення:

S_n.дв – 316 кВּА для AVR серії SX;

S_n.дв = 431 кВּА для AVR серії MX;

Звідси за формулою (К.2) знаходимо:

Р_ном.дв = 44 кВт для AVR серії SX;

Р_ном.дв = 60 кВт для AVR серії MX.

Таким чином, ДЕС потужністю 140 кВּА забезпечить запуск двигуна насоса тільки за умови використання AVR серії MX.

К.2.2 Визначення допустимої потужності двигунів під час пуску від ДЕС (з врахуванням падіння напруги в живильних лініях)

Необхідно відмити, що напруга на виході генератора повинна бути вищою за напругу на затискачах двигуна за нормальної його роботи для того, щоб покрити падіння напруги в лініях, що живлять навантаження від двигуна. В іншому випадку напруга на шинах, до яких підключене навантаження від двигуна, буде меншою за номінальну, що недопустимо. Ця важлива обставина дуже часто не враховується і розрахунок помилково проводиться за допустимою втратою напруги в живильній лінії за номінального струму навантаження.

Втрату напруги під час запуску електродвигуна з достатньою точністю для інженерних ро-рахунків визначають за формулою:

де ΔU_{доп %} – додаткова втрата напруги під час запуску двигуна;

k- коефіцієнт, який враховує втрату напруги з врахуванням коефіцієнта потужності під час запуску двигуна, В/(Аּкм), що визначається за таблицею К.2;

I_ном.дв – номінальний струм двигуна, А;

L - довжина живильної лінії, км.

Таким чином, задавши величину напруги, необхідну для запуску двигуна з врахуванням додаткової втрати напруги у живильній лінії U_дв* + ΔU_{доп %} та використовуючи формулу (К.2), можливо визначити допустиму потужність навантаження від двигуна за умови живлення від автономного генератора.

Таблиця К.2 – Значення коефіцієнта k, В/(Аּкм), для різних видів навантаження

Площа перерізу живильної лінії, мм²

Навантаження від двигуна

Освітлювальне навантаження

Мідь

Алюміній

Нормальний режим

Пуск

cosφ= 0,8

cosφ= 0,35

cosφ=1

1,5

-

20

9,4

25

2,5

-

12

5,7

15

4

-

8

3,6

9,5

6

10

5,3

2,5

6,2

10

16

3,2

1,5

3,6

16

25

2,05

1

2,4

25

35

1,3

0,65

1,5

35

50

1

0,52

1,1

50

70

0,75

0,41

0,77

70

120

0,56

0,32

0,55

95

150

0,42