Проектирование энергооборудования свинарника для выращивания и откорма 500 свиней в год

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрооборудования

сельскохозяйственных предприятий

К У Р С О В О Й П Р О Е К Т

по дисциплине: «Основы проектирования энергооборудования»

на тему:Проектирование энергооборудования свинарника для выращивания и откорма 500 свиней в год

Выполнил:

студент V курса 18э группы

Саков К.В.

Руководитель КП

Дунский О.В.

Минск 2009

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРЦЕССА

1.1 Технологический процесс

Свинарник предназначен для выращивания и откорма 500 свиней в год.

Система содержания – выгульная. Площадь выгула на 1 голову – 2,5 м2.

Кормление свиней – трехразовое влажными кормовыми смесями по нормам и рационам. Приготовление влажных кормовых смесей влажностью 70% производится в общефермерском кормоцехе.

Корма по кормушкам раздаются с помощью мобильного электрифицированного кормораздатчика КС-1.5, который обеспечивает равномерную дозированную выдачу кормов в кормушки. Доставляются приготовленные корма к свинарнику загрузчиком кормов.

Система удаления навоза самотечная, периодического действия. Включение транспортеров осуществляется автоматически спустя 30 минут после раздачи корма. Навозные каналы расположены в передней части станка вдоль линии кормушек. Через решетчатый пол навоз продавливается животными в навозный канал.

Свинарник обслуживает 1 оператор. Режим работы – односменный двухцикличный при шестидневной рабочей неделе. В обязанности оператора входит: раздача корма в кормушки, уборка помещения, контроль за клиническим состоянием животных, поддержание ветеринарно-санитарного порядка, участие в проведении профилактических мероприятий, строгое соблюдение распорядка дня.

1.2 Архитектурно-планировочные и строительные решения

Здание в плане прямоугольной формы, длиной 90 метров и шириной 18 метров.

Здание свинарника разделено на 5 изолированных секции. Расположение станков в секциях 2-х рядное с двумя кормослужебными проходами.

Здание стоечно – балочной конструкции. Стены выполнены из железобетонных панелей. Покрытие - железобетонные плиты с утеплением. Высота помещения у наружных стен 3,5 м, у конька крыши – 5 м.

Необходимые для проектирования параметры по помещениям приведены на чертеже плана расположения.

Приточные вентиляторы устанавливаются на площадках на отметке 3 м.

1.3 Характеристика помещений по условиям окружающей среды и по электробезопасности

В соответствии с правилами устройства электроустановок, все помещения классифицируются по условиям окружающей среды, в зависимости от температуры воздуха, количества содержания в нем пыли, агрессивных сред и насыщенности парами влаги.

В нашем случае особо сырым с химически активной или органической средой является помещения для содержания поросят-отъемышей и венткамеры. Остальные вспомогательные помещения: помещение для подстилки, электрощитовая, инвентарная, помещение приборов транспортеров - сухие. К влажным относятся – весовая, коридор, тамбур.

По электробезопасности все помещения относятся к ППО (помещения с повышенной опасностью).

1.4 Инженерное обеспечение здания

В здании микроклимат обеспечивается с помощью приточно-вытяжной системы вентиляции.

Здание защищается стержневыми молниеотводами, которые устанавливают на крыше.

2 СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЗДАНИЯ

2.1 Характеристика электроприемников

Здание по степени обеспечения надежности электроснабжения согласно [5,6] относится к потребителям 2-ой категории.

В свинарнике основными электроприемниками являются:

- электродвигатели раздатчиков-смесителей;

- электродвигатели скребковых транспортеров;

- электродвигатели вентиляционных устройств.

Для электроприемников предусматривается выбор пусковых и защитных аппаратов. При этом - аппараты управления предусматривается устанавливать в щитах управления. Для пускозащитной аппаратуры и оболочек НКУ – открытое при установке

Характеристики основных параметров ЭП приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Характеристики основных параметров ЭП

2.2 Система токоведущих проводников. Система заземления

Питание электроустановки здания предусматривается на напряжение 380/220 В переменного тока от трансформаторной подстанции. Система токоведущих проводников для электроприемников, относящихся к силовому электрооборудованию – трехфазная пятипроводная. Питающая линия от подстанции – кабельная.

Для проектируемого объекта принимается система заземления типа ТN, подсистема – TN-S, характеризующаяся тем, что от трансформаторной подстанции до ввода в здание предусматривается трехфазная пятипроводная система проводников (три фазы плюс PE – защитный N- рабочий нулевые проводники). На вводе в здание во вводном щите ВРУ предусматривается главная заземляющая шина.

2.3 Определение места расположения электрического ввода в здание. Предварительный выбор ВРУ

Анализ, установленных электроприемников показывает, что электроприемники рассредоточены по зданию по осям А и В. Электрощитовая располагается по оси здания В и построена исходя из условий расположения центра нагрузок, комплектности расположения электрооборудования и места расположения ввода.

Предварительно выбираем к установке вводно-распределительное устройства ВРУ-1 и распределительный пункт типа «ШР11» с предохранителями на 8 отходящих линий.

2.4 Выполнение структурной схемы электрических сетей здания

Для приема и распределения электроэнергии в свинарнике предусматривается магистральная схема электрической сети. После анализа ЭП здания все электроприемники с учетом их расположения и принадлежности к технологическим линиям разбиты на группы. Принимаем, что электроприемники запитываются от узла питания (ШР), установленного в электрощитовой.

Принимаем, что управление электроприемниками осуществляется с использованием щитов управления (ЩУ), устанавливаемых в удобных местах, с точки зрения технологического процесса.

Ввод в свинарник осуществляется двумя линиями (так как свинарник относится к потребителям второй категории по надёжности электроснабжения, перерыв в электроснабжении допускается не дольше чем на время, необходимое для включения резерва) с возможностью перевода питания на одну линию при выходе из строя питающей линии. Структурная схема распределительной сети показана на рис. 2.1.

Принципиальные схемы разрабатываются на основании структурных схем, они выполняются в соответствии с ГОСТ21.613-88, по форме приведенной в графической части курсового проекта. Электрические сети подразделяют на питающую и распределительную.

Вначале выполняется схема распределительной сети, а затем питающей. Начинают работу принципиальной схемы с вычерчивания линий шин РП, записывается информация по данному РП. Все аппараты и устройства обозначаются отрезками прямых линий. Принципиальная схема приведена в графической части.

2.6 Принципиальная схема питающей сети

При выполнении схемы питающей сети необходимо учитывать категорию потребления по надежности электроснабжения. Данный объект относится ко второй категории электроснабжения. Исходя из вышеуказанного, здание питается по двум кабельным линиям, поэтому на вводе в здание устанавливаем вводное распределительное устройство ВРУ-1.

Рис. 2.2 Структурная схема ВРУ-1.

3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

3.1 Цель расчета и обоснование принятого метода расчета

Определение электрических нагрузок – важнейший этап проектирования. Прежде, чем приступить к расчёту электрических нагрузок проводим анализ и изучение электроприёмников.

Расчёт нагрузок будем вести методом суточного графика электрических нагрузок. Принимаем данный метод по той причине, что нам известно время включения и отключения всех ЭП, находящихся в свинарнике. Обладая такими данными, расчет электрических нагрузок значительно упрощается, и сводится к построению технологического графика и последующего отыскания величин нагрузок и энергопотребления коровника на данном графике.

3.2 Определение основных расчетных параметров – расчетной мощности на вводе, коэффициента мощности, полной мощности

Расчет электрических нагрузок по методу суточного графика ведется на основании руководящего технического материала «Указания по расчету электрических нагрузок» РТМ 36.18.32.4-92.

График электрических нагрузок строится для определения расчётной мощности проектируемого здания Рр, а через эту величину несложно определить значение расчетного тока Iр и другие необходимые показатели.

Перед построением графика выделим электроприёмники, длительно работающие. К ним относятся – освещение (рабочее и дежурное), вентиляция и отопление. Затем определим времена включения и отключения электроприёмников, работающих периодически.

Число часов работы двух кормораздатчиков определим по формуле [4]:

(3.1)

где - количество выдаваемого корма за сутки, т;

;

- количество голов (по заданию );

- производительность кормораздатчика, , по табл. 12.5 [4].

Вычисленное время распределяем по времени суток (исходя и принятого трёхразового кормления). Результаты заносим в табл. 3.1 в виде горизонтальных отрезков, соответствующих времени работы электрооборудования. Потребляемую мощность электроприемников (ЭП) определяем по формуле:

, (3.2)

где - установленная (номинальная) мощность ЭП, кВт;

- КПД ЭП, %;

- коэффициент использования;

Подсчитывается потребляемая мощность Рпотр и график строится по величинам этой мощности. График строят в координатах «Р» и «t» (рис. 3.1).

Классический способ построения графика заключается в последовательном суммировании электрических нагрузок пооперационно в соответствии с технологическим процессом объекта.

В целях упрощения построения графика начинаем построение с постоянно действующих нагрузок (3 и 4). Далее надстраиваем нагрузки по уменьшению времени их работы в сутки.

Вначале по графику определяется максимальная пиковая мощность электроустановки Рм =23,3 кВт. На графике три участка, где величины Рм одинаковы.

Для определения величины расчётной мощности Рр выявляют длительность действия Рм. При этом, в формировании максимума нагрузки участвуют 2 нагрузки. На графике они отражены ступенями в пределах 14-и минутного участка графика.

Расчетная мощность рассчитывается как среднеквадратичная величина мощностей Рi за смену и определяется по формуле:

, (3.3)

где n – число ступеней графика, входящих в рассчитываемый 14-ти минутный участок времени ГЭН;

Pi – мощность соответствующая i -й ступени.

ti - длительность действия Pi .

Расчет электропотребления за смену (сутки) – W.

Электропотребление любой электроустановки есть произведение её мощности на время потребления, то есть

W=P.t (кВт.ч).

Величина W соответствует (равна) площади фигуры, очерченной графиком.

При определении W нагрузки электроприёмников, работающих в автоматическом режиме и принятых при построении ГЭН, как постоянно действующих, необходимо принимать с коэффициентом равным 0,4….0,8 (в зависимости от характера ЭП) для учёта их фактического не непрерывного, а периодического действия.

Рассчитывается величина коэффициента мощности электроустановки здания сosj.

Этот коэффициент определяется за период действия максимальной расчетной мощности. Величину cosjнаходят как средневзвешенное значение коэффициентов мощности отдельных нагрузок, участвующих в формировании Рр.

φ = φ ср.взв. =, (3.4)

где Рi – номинальная мощность ЭП, участвующих в формировании максимума нагрузки;

tgj – коэффициент реактивной мощности ЭП, участвующих в формировании максимума нагрузки (определяется через cosj по паспортным данным ЭП);

n – количество ЭП, участвующих в формировании максимума нагрузки.

Собственно расчет следует ниже:

1. Максимальная нагрузка, Рм = 23,3 кВт.

2. Расчетная нагрузка Рр.

Так как Рм длится менее получаса, то Рр находим через Рэкв , или через среднеквадратичную за тридцатиминутный промежуток времени. На участке получасового максимума действуют две нагрузки (i =1):

Р1=Рм=23,3 кВт (t1=14 мин) и Р2=(Pпотр2+ Pпотр3+ Pпотр4)=

=8,1+5,6+5=18,7 кВт. (t2=60 мин).

Тогда .

3. Установленная мощность определяется суммированием мощностей всех электроприемников, имеющихся на объекте.

Ру = 14,2+6+8,8+11,1=30,1 кВт

4. Электропотребление за смену (сутки) определяют через геометрическую площадь графика:

электробезопасность электрический схема заземление

W = Sгр. S гр. = S1+S2+S3+S4

Sгр.= 9,6 ·14·3+ 8,1 · 24·0,5 + 5,6·24·0,5+ 5·60·3= 1468

Таким образом электропотребление составит Wсут = 1468кВт . час

( здесь в первом слагаемом для автоматизированных ЭП принят к = 0,5).

5. Определяется средневзвешенное значение коэффициента мощности нагрузок, участвующих в формировании максимума (той электрической нагрузки, которая определила величину Рр):

φср.взв.==0,85;

Значение величины tgj=0,59 определяем через каталожное значение cosj=0,86 для конкретных электроприемников, участвующих в формировании максимума нагрузки.

Учитывая, что в формировании максимума нагрузки участвуют все нагрузки объекта, подсчитываем величину å Рi :

å Рi= Ру - Р2 =34,4 кВт.

Тогда .

4 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ, АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

4.1 Выбор коммутационных аппаратов

Для распределительного пункта на вводе выберем рубильник ВР32-37В (прил. Д табл. 1 [3]). Произведем проверку выбранного рубильника.

По номинальному напряжению рубильника:

Uн.р ≥ Uн.уст = 380 B (4.1)

По номинальному току рубильника:

Iн.р ≥ Iр.л = 14,82 ∙ 2 + 6,14 ∙ 2 + 4,63 ∙ 4 + 0,94 ∙ 30 = 88,64 А (4.2)

400 ≥ 88,64 А

4.2 Характеристика и расчет защитных аппаратов

Произведем выбор предохранителей (плавкой вставки) устанавливаемых в РП для защиты группы электродвигателей.

FU1 выбираем для нагрузки на ШР1 и FU2 соответственно для ШР2.

Рабочие токи приемников (табл. 2.1):

Iр = Iдв.см. + Iдв.тр + 2Iвент.прит + 3Iклимат=14,82+6,14+2∙4,63+3∙5,64= 47,1 А (4.3)

Находим пусковой ток наибольшего двигателя:

Iпуск дв1 = Iдв.см. ∙ ki =14,82 ∙ 7 = 103,7A(4.4)

Находим пусковой ток линии:

Iп.л = Iпуск дв1 + Iдв.тр + 2Iвент.прит + 3Iклимат= 136 A (4.5)

По номинальному напряжению

Uн.пр ≥ Uн.уст = 380 B(4.6)

где - Uн.пр и Uн.уст – номинальные напряжения предохранителя и установки ;

По номинальному току плавной вставки:

Iвст ≥ Iр.л = 47,1 А (4.7)

Iвст≥ Imax / α = (К0∑Iн+Iп.max) /α (4.8)

где - ∑Iн –сумма номинальных токов электродвигателей без учёта наибольшего.

Iп.max – наибольший пусковой ток электродвигателя в данной группе.

К0 –коэффициент одновремённости : K0 =1.

α – коэффициент учитывающий условия пуска: α = 2,5 - пуск легкий.

Iвст ≥ = 54,2 A

Выбираем предохранитель НПН2 – 60 Iн.пр = 63 А , Iн.пл.вст = 63 А.

Расчет других предохранителей производим аналогично и сводим в табл. 4.1:

Таблица 4.1 – Выбор предохранителей

Выбор предохранителей FU3 и FU4 обусловлен селективностью.

4.3 Окончательный выбор ВРУ и РП

Исходя из типа и количества защитных аппаратов, окончательно выбираем в качестве распределительных пунктов ШР11-73504-22УЗ с рубильником ВР32-37В на вводе и 8 предохранителями типа НПН2-60 на отходящих линиях. В качестве вводно-распределительного устройства будем использовать ВРУ-1-22-10-МУ3

5 РАСЧЕТ СЕЧЕНИЙ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ

Для питания электроприёмников принимаем кабель с алюминиевыми жилами АВВГ и медными жилами КГ для подключения кормораздатчиков КС-1,5.

Расчет сечений кабелей.

Задачей расчета электропроводок является выбор сечений проводников. При этом сечения проводников любого назначения должны быть наименьшими и удовлетворять следующим требованиям:

а) допустимому нагреву;

б) электрической защиты отдельных участков сети;

в) допустимым потерям напряжения;

г) механической прочности.

В отношении механической прочности выбор сечений сводится к просто выполнению нормативных требований ГОСТ30331.1-15. В нем приведены минимальные сечения проводников, которые могут быть использованы при выборе электропроводок в здании.

При расчётах необходимо обеспечить выполнение двух условий:

а) нагрев проводника не должен превышать допустимых нормативных значений:

, (5.1)

где Iдл – длительный расчетный ток электроприемника или участка сети, А;

Kt – нормативный коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, принимается по таблице в зависимости от температуры окружающей среды;

Kп – поправочный коэффициент, зависящий от числа рядом проложенных одновременно работающих кабелей;

б) при возникновении ненормальных режимов и протекании сверхтоков проводник должен быть отключен от сети защитным аппаратом:

, (5.2)

где Iзащ. – ток защиты аппарата, А;

Kзащ. – коэффициент кратности, характеризующий отношение между допустимым током проводника и током защиты аппарата (для сетей не требующих защиты от токов перегрузки, согласно ПУЭ, защищаемых предохранителями Кзащ=0,33, а для защищаемых автоматическими выключателями Кзащ=1.0);

Выбранное сечение проводника проверяем по допустимой потере напряжения, которая в конце участка линии не должна превышать 4 %.

, (5.3)

где Р – мощность на участке, кВт

l – длинна линии, м

с – коэффициент зависящий от материала жилы, рода тока, значения напряжения и системы распределения электроэнергии (для трёхфазной сети с нулевым проводом напряжением 380/220В выполненной алюминиевым проводом с=46, медным с=77);

F – площадь сечения токопроводящих жил, мм2

Выбор проводов и кабелей заносим в таблицу 5,1

Таблица 5.1 Расчет сечений проводов и кабелей.

Видно, что даже при суммировании всех значений падения напряжения получится 2,562%, что значительно меньше 4%.

6 ВЫБОР ТИПОВ ЭЛЕКТРОПРОВОДОК ЗДАНИЯ. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

В отношении опасности поражения людей электрическим током здание хранилища относится к помещениям с повышенной опасностью, так как основное помещение для хранения картофеля является особо сырым.

При проектировании сельскохозяйственных объектов следует применять следующие способы прокладки электропроводок:

- на тросе;

- на лотках;

- в коробах;

- в пластмассовых и стальных трубах;

- в металлических и резинотехнических гибких рукавах;

- в каналах строительных конструкций.

Учитывая условия среды и строительные особенности нашего объекта, а также экономическую целесообразность будем выполнять электропроводку по строительным конструкциям на скобах и на лотках с высотой прокладки 2,5м и на тросу. Для подвода к эл. приемникам – в металлоруковах. Для силовой электропроводки применяем кабель марки АВВГ, а для подключения кормораздатчиков - кабель КГ.

Трассы электропроводок выполняем параллельно или перпендикулярно стенам зданий или сооружений.

7 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УПРАВЛЕНИЯ

7.1 Анализ технологического процесса и требования к управлению

На свиноводческих фермах распространен мобильный электрифицированный кормораздатчик-смеситель КС-1,5. Он предназначен для перемешивания и раздачи кормовых смесей влажностью 60...80 %. Загружают кормораздатчик при помощи транспортеров кормами, поступающими из кормоцеха в приготовленном виде, или компонентами смеси. Из бункера раздатчика корм подается в кормушки раздаточными шнеками. Выгрузные шнеки снабжены механическими дозирующими устройствами в виде шиберных заслонок, что обеспечивает широкий диапазон дозирования корма, подаваемого в кормушки. Передвигаются кормораздатчики в кормовом проходе по рельсам. Вдоль кормового прохода под потолком укреплен желоб для размещения питающего пятижильного медного гибкого кабеля. Необходимо реализовать схему управления мобильны кормораздатчиком, с возможностью быстрой остановки и продолжения движения без повторного запуска электродвигателя тележки.

7.2 Разработка схемы и выбор элементов схемы

Исходя из требований выбираем электромагнитный нереверсивный пускатель серии ПМЛ-221002 с тепловым реле, на номинальный ток Iн.п=25А, номинальное напряжение Uн.п=380В;

Выберем электромагнитный реверсивный пускатель КМ2 для управления тележкой (ходовая часть).

- номинальному току, Iн.п> = Iрасч. = 25 А;

- номинальному напряжению,Uн.п >= Uн.у = 380 В;

- напряжению катушки пускателя,Uк.п = 220 В;

Исходя из требований выбираем электромагнитный реверсивный пускатель серии ПМЛ-261102 с тепловым реле, на номинальный ток Iн.п=16 А, номинальное напряжение Uн.п=380В;

Исходя из требований схемы выбираем электромагнитный нереверсивный пускатель серии ПМЛ-121002 с тепловым реле, на номинальный ток Iн.п=10 А, номинальное напряжение Uн.п=380В для включения двигателя транспортера навозаудаления.

7.3 Описание работы принципиальной схемы управления

Схема управления обеспечивает пуск и работу раздатчика-смесителя и скребкового транспортера в трех режимах работы (отладочный О, рабочий Р и автоматический А). Схема начинает работать при включении QF1 QF2. При переключении SA на ручной режим схема работает от пульта управления кормораздатчиком и транспортером. При нажатии кнопки SB2 запускается двигатель кормораздатчика (о чем свидетельствует загорание сигнальной лампы HL1), шунтирует свой контакт в цепи кнопки и схема становится на самопитание. Кормораздатчик начинает перемещаться по свинарнику. При необходимости остановить или вернуть кормораздатчик в исходное положение нажимаем кнопку SB3, происходит реверс двигателя и тележка возвращается в первоначальное положение (при этом загорается сигнальная лампа обратного движения кормораздатчика). При нажатии на кнопку SB1 движение кормораздатчика прекращается. Пуск скребкового транспортера осуществляется кнопкой SB5. При работе транспортера зажигается сигнальная лампа HL3. остановка транспортера осуществляется кнопкой SB4.

Для автоматического режима необходимо перевести переключатель SA в положение А. При этом кормораздатчик начнет двигаться самостоятельно. При достижении последней кормашки сработает концевой выключатель SQ2, затем тележка начнет двигаться обратно. Скребковый транспортер включается спустя 30 минут после раздачи корма животным с помощью суточного реле времени КТ.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 30331.1….16 – 95 «Электроустановки зданий». – Мн.: Госстандарт РБ.-1998…2002.;

2. ГОСТ 12.1.001-91 ССБТ Пожарная безопасность. Общие требования.

3. Занберов А. К. Практикум по дисциплине «Основы проектирования энергооборудования», части 1-я, 2-я, БГАТУ, 2004г.

4. Кудрявцев И.Ф.. «Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок», М.: «Росагропромиздат», 1988. – 480 с.

5. НПБ 5-2000 «Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». – Мн.: МЧС РБ, 2000.

6. Перечень зданий и помещений предприятий Минсельхоза России с установлением их категорий по взрывопожарной и пожарной опасности, а также классов взрывоопасных и пожарных зон по ПУЭ. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 67 с.

7. Потолоцкий И. И. «Справочник по выбору всего», 6-е изд., Мн.: Ротапринт БГАТУ, 2005 – много.

8. Правила устройства электроустановок. - 6-е изд. Доп. с исп. - М.: Госэнергонадзор. –2000, 607с.

9. Правила устройства электроустановок. -7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.-(издается отдельными сборниками);

10. П2-2000 к СНиП 2.08.01-89 (с изм., опубл. в ИБ № 7 2001 г., с. 132). Электроустановки жилых и общественных зданий.

11. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства за сентябрь 1986 г. «Сельэнергопроект», М.: 1986