1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Характеристика предприятия
Организация ООО "ЭНЕРГО СЕТЬ ПРОЕКТ", г. Благовещенск, Амурской области. Полное наименование – общество с ограниченной ответственностью "ЭНЕРГО СЕТЬ ПРОЕКТ". Юридический адрес компании – Амурская область, г. Благовещенск, ул. Текстильная, д. 49, офис 516.
ООО "ЭНЕРГО СЕТЬ ПРОЕКТ" ведет деятельность по направлениям:
- торговля розничная прочими бытовыми изделиями в специализированных магазинах;
- операции с недвижимым имуществом за вознаграждение или на договорной основе;
- деятельность транспортная вспомогательная;
- строительство жилых и нежилых зданий;
- работы строительные отделочные;
- производство, передача и распределение электроэнергии;
- производство электромонтажных, санитарно-технических и прочих строительно-монтажных работ;
- производство котельного оборудования, изготовление ремонтных комплектов и прочего оборудования, необходимого для эксплуатации объектов жилищно-коммунального хозяйства;
- эксплуатация и обслуживание тепловых сетей, объединенных котельных и систем водоснабжения;
- ремонт энергетического оборудования
- проектирование производственных помещений, включая размещение машин и оборудования;
-проектирование, связанное со строительством инженерных сооружений, включая гидротехнические сооружения.
Пусконаладочные работы:
- автоматизированных систем управления и информатизации, в т. ч. вычислительных (инфор¬мационно-вычислительных) центров, локально-вычислительных сетей;
- систем автоматизации технологических про¬цессов и инженерного оборудования;
-оборудования предприятий магистральных трубопроводов.
Деятельность компании относится к электротехническому оборудованию, электромонтажным работам в Благовещенске.
1.2 Характеристика электроснабжение предприятия
Источником электроснабжения проектируемого объекта является закрытая трансформаторная подстанция с силовым трансформатором марки ТМ 160/ 10. Защита трансформатора осуществляется предохранителями, на стороне 10 кВ имеются разрядники для защиты от атмосферных перенапряжений. Передача электроэнергии от подстанции к потребителям осуществляется кабельными линиями электропередач. Обслуживание электроустановок осуществляется электромонтерами с группой допуска IV. Возглавляет энергетическую службу хозяйства главный энергетик предприятия.
2 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Энергосбережение и повышение энергетической эффективности следует рассматривать как один из основных источников будущего экономического роста. Их приоритетные направления изложены в Государственной программе Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период дo 2020 гoда», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. № 2446-р.
Энергоэффективность - эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов, достижение экономически оправданной эффективности использования ТЭР при существующем уровне развития техники и технологии и соблюдении требований к охране окружающей среды. Энергосбережение (экономия энергии) - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) ТЭР и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников (ГОСТ Р. 51387-99).
Интерпретируя эти понятия, энергосбережение следует понимать как комплекс мер, действий, которые предпринимаются для обеспечения более эффективного использования энергетических ресурсов. А энергоэффективность - это отношение фактического значения показателя использования энергетических ресурсов к теоретически достижимому. Поэтому следует, что энергоэффективность - это измеряемая величина, позволяющая оценить результат процесса, а энергосбережение - это деятельность по достижению энергоэффективности.
Особо высокая энергоемкость в России характерна жилищно-коммунальному хозяйству. По оценке специалистов Минэнерго РФ, потенциал энергосбережения и повышения энергоэффективности в ЖКХ составляет 25% всего соответствующего потенциала в РФ. Если в ЖКХ эффективно проводить программу повышения энергоэффективности и энергосбережения, то можно получить снижения затрат на услуги от 15% до 40%. В ЖКХ потенциал энергосбережения составляет 95 - 110 млн. тонн условного топлива. Ключевая проблема ЖКХ - повышение надежности и экономичности теплоснабжения, поскольку 20% всех тепловых источников находится в этом секторе экономики, и 20 - 30% (а порой и более) расходной части бюджетов муниципальных образований используется на нужды теплоснабжения.
Поэтому объектом проектирования данной выпускной квалификационной работы выбрана котельная ООО «ЭнергоСетьПроект» г. Благовещенска.
Конечные цели энергоресурсосберегающей политики в жилищно-коммунальном хозяйстве — это снижение издержек производства и себестоимости услуг предприятий жилищно-коммунального хозяйства и, соответственно, смягчение для населения процесса реформирования системы оплаты жилья и коммунальных услуг при переходе отрасли на режим безубыточного функционирования.
Активная реализация энергосберегающих технологий возможна только при наличии комплекса подготовительных мероприятий, который включает в себя законодательно-нормативные документы, механизм экономического стимулирования, методологические и научные разработки, промышленное производство энергоэффективного оборудования.
Достижение целей и решение задач энергосбережения так же предполагает применение совокупности организационных и технических мер. Приведем несколько путей повышения энергосбережения и энергоэффективности для предприятий сферы ЖКХ.
Организационные меры: совершенствование тарифной политики в сфере теплоснабжения, повышение качества теплоснабжения, введение показателей качества тепловой энергии, совершенствование режимов теплопотребления, условий осуществления контроля, повышение качества нормирования и контроля технологических потерь в тепловых сетях.
Технические меры: применение рекуперативных и регенеративных горелок (позволяют подогревать подаваемый в камеру горения воздух за счет утилизации тепла отводимых газов), автоматизация режимов горения (поддержание оптимального соотношения топливо-воздух). Внедрение процессов когенерации на котельных, замена двигателей в системах водоснабжения и водоотведения на энергоэффективные, внедрение частотно-регулируемого привода или других устройств, обеспечивающих повышение КПД при эксплуатации электродвигателей.
Сетевые (центробежные) насосы перекачивают теплоноситель от сетевых подогревателей до потребителей тепла. В течение отопительного периода тепловая нагрузка изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Для поддержания давления в тепловой сети на нужном уровне применяется регулирование потока теплоносителя. Для регулирования в течение года отпуска теплоносителя в тепловую сеть можно использовать несколько способов.
1. Регулирование потока горячей воды при помощи ручных и электромеханических задвижек. Такое регулирование является наиболее распространенным в настоящее время. При таком регулировании количество отпускаемого в тепловую сеть теплоносителя изменяется путем варьирования угла открытия задвижки.
2. Регулирование потока теплоносителя с применением частотно-регулируемого электропривода. При применении частотно-регулируемого привода (ЧРП) количество отпускаемого в тепловую сеть теплоносителя изменяется путем изменения частоты вращения ротора электродвигателя сетевого (центробежные) насоса.
Применение ЧРП гораздо более выгодно, по сравнению с применением задвижек, т. к. помимо регулирования потока теплоносителя достигается также экономия электроэнергии, подводимой к электродвигателю. Еще одним преимуществом перед большинством задвижек является автоматическое регулирование частоты вращения электродвигателя преобразователем частоты. Насосы работают на сеть с противодавлением, причем статический на¬пор в сети составляет, обычно не менее 20 % полного напора.
Применение ЧРП на электродвигателях сетевых насосов сказывается положительно, этому содействуют факторы такие как: возможность плавной регулировки отдачи теплоносителя в тепловую сеть, зависимость мощности электродвигателя от производительности насоса, что, в конечном счете, приводит к экономии электроэнергии, повышению энергоэффективности систем теплоснабжения.
Центробежные насосы являются массо¬выми и энергоемкими механизмами. На при¬вод этих механизмов расходуется колоссаль¬ное количество энергии, составляющее около 20 % всей электроэнергии, вырабатываемой в стране. Мощность промышленных насосов лежит в пределах от единиц до нескольких десятков тысяч киловатт.
Регулирование подачи насосов, как правило, приме¬няют в следующих случаях.
1. При необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, в связи с требованиями технологического про¬цесса или в связи со случайным изменением потребности в жидкости. Например, подачу жидкости циркуляционным насосом системы нужно регулировать в зависимо-сти от количества теплоты, подлежащей от¬воду; подача насоса водоснабжения должна изменяться соответственно режиму водопо-требления.
2. Если даже не требуется регулирова¬ние подачи насоса во время работы, то обес¬печение требуемого расхода связано с него первоначальной подрегулировкой. Если насос ра¬ботает при неизменной частоте вращения, то простейшим и повсеместно применяемым способом регулирования его подачи является дросселирование, т.е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса. Это способствует увеличению вредного со-противления сети.
Этот способ регулирования подачи весьма прост, однако он крайне невыгоден с энергетической точки зрения, поскольку ве¬дет к снижению КПД агрегата. Это происхо¬дит по двум причинам: из-за дополнительной потери мощности в задвижке; вследствие ухудшения КПД самого насосного агрегата. Насосные агрегаты обычно объединяют¬ся в насосные станции, при этом несколько насосов работают параллельно на одну сеть.
Основным недостатком асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором является постоянная частота вращения ротора электродвигателя, практически не зависящая от нагрузки. Однако подавляющее большинство технологических систем, элементами которых являются приводимые электродвигателем механизмы, работают в режимах с переменной нагрузкой. Для регулирования их производительности существуют различные способы, но наиболее распространенным (и наиболее расточительным) в настоящее время методом регулирования производительности насосов и вентиляторов является уничтожение избыточной мощности при дросселировании расхода посредством клапанов и заслонок. Метод этот остался от тех времен, когда других решений просто не было, он до сих пор закладывается в некоторые проекты.
С развитием силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники стало возможным создание устройства частотного регулирования электроприводом, которое позволяет управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в точном соответствии с характером нагрузки.
Это, в свою очередь, позволяет осуществлять точное регулирование практически любого процесса в наиболее экономичном режиме, без тяжелых переходных процессов в технологических системах и электрических сетях.
Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты. Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма, какого либо процесса. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой. Название «частотно- регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от этого преобразователя частоты. На протяжении последних 20 – 25 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многих отраслях, в том числе и в ЖКХ. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.
Объектом проектирования данной работы является привод сетевого (центробежного) насоса котельной. Эти насосы являются массо¬выми и энергоемкими механизмами. На при¬вод данных механизмов расходуется колоссаль¬ное количество энергии, составляющее около 20 % всей электроэнергии.
В настоящее время разработан ряд эффективных алгоритмов управления котлоагрегатами, аппаратная реализация которых, ввиду их высокой сложности, возможна только на базе современных микропроцессорных устройств.
Модернизация привода насосов котельных установкой частотных преобразователей успешно решает проблемы снижения неоправданных потерь энергии. Частотно-регулируемый привод также позволяет автоматизировать технологические процессы производства и подачи тепловой энергии.
Частотное регулирование электродвигателя эффективно используют на промышленных предприятиях, в области энергетики, коммунальном хозяйстве и других сферах. Это связано с тем, что частотное регулирование позволяет автоматизировать производственные процессы, экономично расходовать электроэнергию и другие задействованные в производстве ресурсы, повышать качество выпускаемой продукции, а также увеличивать надежность работы всей системы в целом.
Преобразователи частоты, в отличие от других устройств регулирования скорости двигателя, таких как гидравлическая муфта, система генератор-двигатель, механический вариатор, позволяют избегать различных недостатков в работе системы.
Современные преобразователи частоты для котельных – многофункциональные устройства. Они выполняют такие функции как:
- ограничение пусковых токов при старте двигателей;
- плавное регулирование напора и давления в системе;
- автоматическое управление производительностью насосов в зависимости от реальных потребностей потребителей тепла;
- отключение агрегатов при авариях и ненормальных режимах работы;
- автоматизация работы котлов по заданной программе или событиям.
Частотные преобразователи также поддерживают базовые протоколы обмена данными, с их помощью можно осуществлять удаленный контроль и управление насосами котельных. Устройства также имеют встроенную память для хранения данных о включениях, отключениях, ошибках и других событиях.
Целью данной работы является разработка электропривода сетевого (центробежного) насоса котельной, построенного на базе современного частотного преобразователя с векторным управлением.
Сетевые насосы предназначены для обеспечения циркуляции теплоносителя от котла к потребителям и обратно. Использование частотно-регулируемого привода для сетевого насоса:
- позволяет автоматически поддерживать давление в сети в соответствии с заданной программой;
- обеспечивает переменную работу насосных агрегатов по наработанным часам;
- автоматически подключают резервные насосы при недостаточной производительности или авариях основных;
- осуществляет плавный пуск и остановку, без риска гидроударов.
- позволяет осуществлять удаленный контроль и управление, корректировку текущих характеристик.
Частотные преобразователи также защищают двигатели от перегрузок, перепадов напряжения, несимметричной нагрузки, аварийных режимов и передают информацию на пункт диспетчеризации.
Применение преобразователей частоты позволяет значительно экономить электроэнергию за счет работы насосов в соответствии c текущей нагрузкой системы.
В зависимости от объёма решаемых в проекте задач выделяют три степени автоматизации котельных: полная – оборудование управляется полностью без участия человека; комплексная – наличие постоянного обслуживающего персонала и автоматическое управление основным оборудованием; и частичная – автоматизация только некоторых видов оборудования.
3 ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
3.1 Расчет освещения
Электрическое освещение - это один из важных факторов, от которого зависит комфортность пребывания и работы людей в помещении.
Основные требования к освещению:
? обеспечение нормальных и безопасных условий труда людей;
? экономичность осветительной установки.
В производственном корпусе предусматривается система общего освещения со светильниками с люминесцентными лампами.
Выбор типа светового прибора производится по трем параметрам: конструктивному исполнению (исполнению защиты от воздействия окружающей среды), светотехническим характеристикам (кривой силы света) и экономическим показателям.
В качестве источников света применяем люминесцентные лампы. Эти лампы, по сравнению с лампами накаливания, имеют более мягкий спектр излучения, в 4-5 раз большую световую отдачу, более длительный срок службы и значительно меньшую яркость.
Светильники располагаем рядами. Расчёт освещения в помещении производится по методу коэффициента использования светового потока.
В помещении машинного зала с размерами: длина А = 24,5 метра, ширина В = 12 метров, высота H = 6,1 метра, необходимо создать освещенность Ен = 200 лк люминесцентными лампами типа ЛБ в светильниках ЛСП.
Расчет освещения производится по методу коэффициента использования светового потока.
Определяется расчетная высота Hр, м подвеса светильника
, (3.1)
где H – высота помещения, м; H = 6,1 м;
h – высота свеса светильника, м; h = 0,6 м;
hр – высота рабочей поверхности, м; hр = 0,8 м.
м.
Определяется расстояние между рядами светильников L, м
, (3.2)
где Hp – расчетная высота, м;
? – относительное расстояние между светильниками; ? = 1,6. [3, 32]
Выбранный светильник имеет в поперечной плоскости кривую светораспределения типа Д, то есть косинусное распределение. В этом случае ? = 1,6 метра.
м.
Определяется число рядов светильников NВ, шт.
, (3.3)
где В – ширина помещения, м;
L – расстояние между рядами светильников, м.
шт.
Принимается NВ = 2 ряда.
Определяется индекс помещения i
, (3.4)
где Hp – расчетная высота, м;
A – длина помещения, м;
B – ширина помещения, м.
По этому значению интерполированием находится коэффициент использования светового потока ? = 0,53 [3]. Принимается коэффициент минимальной освещенности z = 1,15 [32].
Определяется потребный световой поток ламп светильников F, лм
, (3.5)
где Ен – нормированная освещенность, лк; Ен = 200 лк; [11]
К – коэффициент запаса; К = 1,5; [32]
S – площадь помещения, м2;
z – коэффициент минимальной освещенности [32];
N – количество рядов, шт.;
? – коэффициент использования светового потока.
лм.
Промышленность выпускает светильники типа ЛСП22 с лампами мощностью 40 и 65 Вт, предназначенные для общего освещения производственных и иных помещений с повышенным содержанием пыли и влаги.
Принимаем светильники ЛСП22-2х65-002 PVLM [34] с двумя лампами по 65 Вт, световым потоком 5220 лм [3]. Тогда число светильников в ряду n, шт. определится
, (3.6)
где F – потребный световой поток, лм;
Fсв – световой поток светильника, лм.
шт.
Принимается 10 шт.
Общая мощность ламп осветительной установки Робщ., Вт
(3.7)
где - суммарная мощность всех ламп, Вт;
-суммарная мощность пускорегулирующей аппаратуры, Вт.
, (3.8)
где N – количество рядов светильников, шт.;
n – количество светильников в ряду, шт.;
Рл – мощность одной лампы, Вт.
Вт.
, (3.9)
Вт.
Расчет электрического освещения других помещений производится аналогичным образом. Результаты расчета вносятся в таблицу 3.1.
3.2 Электротехнический расчет
Производится расчет внутренних электропроводок по допустимому нагреву и допустимой потере напряжения. Нагрузку разбиваем на группы. Установленная мощность освещения определяется как сумма мощностей светильников с учетом потерь в пускозащитной аппаратуре. Вся нагрузка разбивается на четыре группы. В каждой группе определяется электрический момент. Расчет начинается с составления расчетной схемы.
Определяется момент нагрузки Мо, кВт·м на вводе
, (3.10)
Таблица 3.1 - Светотехническая ведомость
Наименование помещения S,
Усло-
вия среды Коэффициент отражения,
%
Светильники Источник света
пот. стены пол. Тип Р,
Вт Кол-во,
шт Тип Р,
Вт Кол-во,
шт. марка
Комната персонала 16,5 Норм. 50 30 10 200 ЛСП 40 3 ЛЛ 40 3 ЛБ-40 0,12
Душевая 4,8 Сыр. 30 20 10 50 ЛСП 40 2 ЛЛ 40 3 ЛБ-40 0,08
Склад инвентаря 22,4 Норм. 50 30 10 100 ЛСП 40 3 ЛЛ 40 3 ЛБ-40 0,12
Машинное отделение 294 Пыльн. 30 20 10 200 ЛСП22 2х65 20 ЛЛ 65 40 ЛБ-65 3,25
Комната мастера 16,5 Норм. 50 30 10 200 ЛСП 40 3 ЛЛ 40 3 ЛБ-40 0,12
Щитовая 16,8 Норм. 50 30 10 200 ЛСП 40 3 ЛЛ 40 3 ЛБ-40 0,12
где - суммарная мощность ламп, кВт;
- длина вводного участка, м.
Мо = 3,8 ? 9 = 34,2 кВт·м.
Определяются моменты нагрузок m, кВт·м на ответвлениях
, (3.11)
где - приведенная длина группы, м;
Р – мощность группы, кВт.
, (3.12)
где 1-расстояние от осветительного щитка до первого светильника, м;
– расстояние от крайнего первого до последнего светильника, м.
м;
кВт·м.
Рисунок 3.1-Расчетная схема осветительной сети котельной
м;
кВт·м.
м;
кВт·м.
м;
кВт·м.
Расчет площади поперечного сечения S, мм2 и выбор марки кабеля на вводе
, (3.13)
где - суммa больших электрическиx моментов, кВт·м;
- сумма малыx электрическиx моментов, кВт·м;
- коэффициент приведения малых моментов к большим;
? = 1,85 [11];
- допустимая потеря напряжения, = 2,5%;
с – коэффициент, зависящий от материала провода; с = 72 [11].
мм2.
Принимается кабель медный марки ВВГ с сечением жилы S = 4 мм2. Это сечение проверяется на нагрев по длительно допустимому току из условия Iдд ? Iр . Для сечения 4 мм2 Iдд = 30 А [10].
Рабочий ток осветительной установки Iр, А определяется
, (3.14)
где - суммарная мощность, Вт;
Uф – фазное напряжение, В;
cos? – коэффициент мощности.
А.
Условие Iдд > I соблюдается.
Фактические потери напряжения ?Uист, % на вводе определяется по формуле
, (3.15)
где М – момент нагрузки на вводе, кВт·м;
С – характеристический коэффициент линии на вводе;
S – сечение кабеля на вводе, мм2.
%.
Определяются допустимые потери для оставшейся сети ?Uотв, %
, (3.16)
%.
Определяется сечение провода Sгр, мм2 для первой группы
, (3.17)
где mгр – момент группы, кВт·м;
Сгр – характеристический коэффициент линии группы;
?Uотв – допустимые потери напряжения на ответвлениях, %.
мм2.
Выбирается медный провод марки ВВГ и сечением S = 2,5 мм2. Проверяется на нагрев по длительно допустимому току
, (3.18)
где - суммарная мощность группы, Вт;
U – фазное напряжение, В;
cos? – коэффициент мощности;
А.
Длительно допустимый ток провода Iдд равен 25 А. Условие Iдд > I соблюдается.
Определяется сечение провода Sгр.2, мм2 для второй группы
мм2.
Выбирается провод ВВГ сечением S = 2,5 мм2. Длительно допустимый ток провода Iдд равен 25 А. Условие Iдд > I соблюдается.
Определяется сечение провода Sгр.3, мм2 третьей группы
мм2.
Выбирается провод ВВГ сечением S = 2,5 мм2. Длительно допустимый ток провода Iдд равен 25 А. Условие Iдд > I соблюдается.
Определяется сечение провода Sгр4, мм2 четвертой группы
мм2.
Выбирается провод ВВГ сечением S = 2,5 мм2. Длительно допустимый ток Iдд равен 25 А. Условие Iдд > I соблюдается.
Результаты расчета сводятся в таблицу 3.2
Таблица 3.2-Электротехническая ведомость
Группа Ввод 1 2 3 4
Марка кабеля, провода ВВГ ВВГ ВВГ ВВГ ВВГ
Iдд > I, А 30 > 18,1 30 > 9,6 30 > 9,6 30 > 0,9 30 > 1,1
Сечение жилы, мм2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
