Проектирование схемы управления станком-качалкой

Проектирование схемы управления станком-качалкой

Введение

Тема курсовой работы - проектирование схемы управления станком-качалкой.

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Просчеты в этой области имеют серьезные последствия. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии. Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и газа, которые удовлетворяют примерно девяносто процентов энергетических потребностей человечества. Нефтегазодобывающая отрасль в экономике России занимает одну из ведущих позиции, являясь бюджетообразующей. Поэтому малейший простой нефтепромыслового оборудования влечет за собой большие экономические потери.

Эффективность станка-качалки зависит от многих факторов. Главный из них это правильный выбор электрического оборудования, которое должно находиться в полной совместимости.

Цель курсовой работы: спроектировать схему управления станком-качалкой.

Задачи:

.        Разработать электрическую схему управления станком-качалкой;

.        Выбрать необходимое оборудование в соответствии с требованиями;

.        Расчитать токи короткого замыкания;

.        Выбрать и рассчитать заземляющие устройства в соответствии с требованиями;

.        Составить смету затрат;

.        Сделать вывод.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Разработка схемы управления станком-качалкой

Рис 1 - схема управления СК

Станок-качалка управляется несколькими способами: с помощью ручного управления, автоматического и дистанционного. Рассмотрим способ ручного управления.

Ручное управление. При включении автомата QF1 и QF3 ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF1-QF3-конт. ручного управл. (ручн)-SA2- КМ-КК-фаза А;

Контактор КМ замкнет свои контакты и двигатель СК включится. При отключении автомата QF1 контактор перестанет получать питание, в результате чего разомкнутся его контакты.

Автоматическое управление. При включении автомата ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-реле времени РВП-фаза А;

РВП получит питание и через выдержку времени замкнет свой контакт и ток пойдет по цепи:

Фаза С-QF1-QF3-конт.авт.управл.(Авт)-контакт РВП-КМ-КК-фаза А;

Контактор КМ замкнет свой контакт в цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-КМ-КК-фаза А;

И разомкнет контакт в цепи:

Фаза С-QF3-QF1-конт.авт.управл.(Авт)-контакт КМ-РВП-фаза А;

Двигатель получает питание. Так же предусмотрены контакты ДУ, для подключения устройств осуществляющих дистанционное управление станком-качалкой.

1.2 Монтажная схема щита управления

Станок-качалка устанавливается на специально подготовленном фундаменте (обычно бетонном), на котором устанавливаются: платформа, стойка и щит управления.

На платформу устанавливается редуктор и электродвигатель. Иногда электродвигатель расположен под платформой. Последний вариант имеет повышенную опасность, поэтому встречается редко.

Щит управления представляет собой коробочный блок, в котором расположено электрическое оборудование.

Для проведения монтажных работ необходима монтажная схема, которая обеспечит наглядность и доступность схемы.

Рис 2 - монтажная схема СК

Обозначения

A, B, C - фазы;

N - нулевая жила кабеля;

QF - автоматический выключатель;

HL - лампы сигнализации;

KK - тепловое реле;

KT - реле времени;

KM - контактор малогабаритный;

SA - переключатель;

ДУ - контакты для подключения устройств дистанционного управления;

XS - штепсельный разъем (разборное соединение).

.3      Выбор исполнительного механизма

Так как объекты нефтепромысла являются пожаро- и взрывоопасными, в качестве исполнительного механизма выбран двигатель АИР 180 МА8 СН.

Двигатель полностью отвечает требованиям безопасности.

Таблица 1 - Технические характеристики электродвигателя

2.     
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

.1 Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели служат для защиты цепей от токов короткого замыкания и перегрузок. Их выбор осуществляется по номинальному току и напряжению.

I_ном.ав ≥ I_р,

где I_ном.ав-ток номинальный автомата, А;

I_р-расчетный ток двигателя, находится по формуле:

 [А],

= ;

Выбираем трехполюсной автоматический выключатель ВА47-29 фирмы ИЭК.

Таблица 2 - Технические характеристики ВА47-29

Проверим выбранный автомат по току:

I_ном.ав ≥ I_р; I_ном.ав = 32 А, I_р = 27 А

А ≥ 27 А - условие выполняется.

Проверим выбранные автоматы по напряжению:

U_ном.ав ≥ U_уст; U_ном.ав = 0,4 кВ, U_уст, = 0,4 кВ

,4 кВ ≥ 0,4 кВ - условие выполняется.

Для защиты цепей управления выберем однополюсной автоматический выключатель исходя из следующих условий: в цепях управления установлен один малогабаритный контактор КМИ-23210.

Мощность катушки управления составляет 60 ВА. Таким образом,

I_р =  (1*0,06)/0,4=0,15 А

Выбираем однополюсной автоматический выключатель ВА47-29 фирмы ИЭК.

Таблица 3 - Технические характеристики ВА47-29

Проверим выбранный автомат по току:

I_ном.ав ≥ I_р; I_ном.ав = 1 А, I_р = 0,15 А

А≥ 0,15 А - условие выполняется.

Проверим выбранные автоматы по напряжению:

U_ном.ав ≥ U_уст; U_ном.ав = 0,4 кВ, U_уст, = 0,4 кВ

,4 кВ ≥ 0,4 кВ - условие выполняется.

2.2 Выбор малогабаритных контакторов для силовой цепи и цепи управления

Контакторы служат для дистанционного управления двигателями. Их выбор осуществляется по номинальному току и напряжению.

Выберем контактор КМИ-23210 для цепи управления.

I_ном.мп ≥ I_р, 32 А ≥ 27 А-условие выполняется;

U_ном.мп ≥ U_уст, 400 В ≥ 400 В - условие выполняется.

Таблица 4 - Технические характеристики контактора

Поскольку определяющим для цепей управления является наличие определенного числа нормально замкнутых и разомкнутых контактов, то выбираем контакторы КМИ первой величины с цепями управления U_упр=400 В. Для обеспечения коммутационной способности достаточно применить контакторы с номинальным током главных цепей 32 А.

2.3 Выбор светосигнальной арматуры

В качестве сигнальных ламп выбираем светодиодные индикаторы красного и зеленого цвета AD’22DS.

U_ном.HL ≥ U_уст; 230 В ≥ 230 В-условие выполняется.

Таблица 5 - Технические характеристики индикаторов

2.4 Выбор переключателей

Выбираем универсальный переключатель режимов работы типа ALCLR'22 на три фиксированных положения «I-II-III», и переключатель того же типа на два положения «I-О».

U_ном.SA ≥ U_уст; 400 В ≥ 400 В - условие выполняется.

Таблица 6 - Технические характеристики переключателя

2.5 Выбор штепсельных разъемов

Выбираем штепсельный разъем марки РШК 4х60, для обеспечения надежной коммутации цепей управления и автоматики 0,4 кВ.

Таблица 7 - Технические характеристики

2.6 Выбор проводов и кабелей

а) Определяем длину монтажного провода по монтажной схеме и выбираем провод по допустимому току.

Выберем провод ПВ 1×2,5 I_к.доп = 33 А (на воздухе). Так как нагрузка силовой части составляет 27 А, то провод выбран верно.

Таблица 8 - Технические характеристики провода ПВ 1х2,5

Расчитаем активное и реактивное сопротивление провода:

r = r_{0 *} l - активное сопротивление;

х= х_{0 *} l - реактивное сопротивление;

P,Q - активное и реактивное сопротивление;

l - длина;

r₀ = 12,3 мОм/м;

х₀ = 0,126 мОм/м;

l = 10 м;

r = r_0*l = 12,3_*10 = 123 мОм;

б) Питающий кабель для щита управления и двигателя СК ВВГ 4×4. Длина провода 10 и 5 м. I_к.доп=34 А (на воздухе). Проверим выбранный провод по допустимому току.

Так как нагрузка силовой части составляет 27 А, то кабель выбран верно.

Таблица 9 - Технические характеристики провода ВВГ 4х4

Проверим ВВГ 4х4 по потере напряжения

 ,

где r = r_{0 *} l - активное сопротивление кабеля;

х= х_{0 *} l - реактивное сопротивление кабеля;

P,Q - активное и реактивное сопротивление кабеля;

l - длина;

(отрезок кабеля ТП - щит 10м)

r₀ = 4,63 мОм/м;

х₀ = 0,107 мОм/м;

l = 15 м;

r = r_0*l = 4,63*10 = 46,3 мОм;

х = х_0*l = 0,107_*10 = 1,07 мОм;

P_ном= 15 кВт;

 = 0,8;

Qн = Рн_*tg_* =  = 15 *  = 11,25 кВАр

 =  =  = 1,76 В

;

19 ≥ 1,76 В - условие выполняется.

(отрезок кабеля щит-двигатель 5м)

r₀ = 4,63 мОм/м;

х₀ = 0,107 мОм/м;

l = 15 м;

r = r_0*l = 4,63*5 = 23,15 мОм;

х = х_0*l = 0,107_*5 = 0,53 мОм;

P_ном= 15 кВт;

 = 0,8;

Qн = Рн_*tg_* =  = 15 *  = 11,25 кВАр

 =  =  = 0,88 В

;

19 ≥ 0,88 В - условие выполняется.

Таблица 10 - Потери напряжения в силовых кабелях ВВГ 4х4

2.7    Расчёт токов короткого замыкания

Произведем расчет тока трехфазного короткого замыкания.

. Зарисуем расчетную схему (рис 3).

станок оборудование ток замыкание

Рис 3 - расчетная схема

. По расчетной схеме начертим схему замещения (рис 4).

Рис 4 - Схема замещения

.Определим сопротивление до точки КЗ

Сопротивления шины ТП:

r₀ = 0,31 мОм/м;

х₀ = 0,18 мОм/м;

Тогда r = r_{0 *} l = 0,31 _* 1 = 0,31 мОм (l-длина, l=1м);

х= х_0*l = 0,18 _* 1 = 0,18 мОм.

Определим суммарное сопротивление до точки КЗ

х_к1= х_тр + х_штп = 64,7+0,18+4,5+1,07+0,53=70,98 мОм;

r_к1= r_тр + r_руб + r_штп + 31,5+0,4+0,31+5,5+5,5+44,3 + +23,15 =110,66 мОм;

Определим полное сопротивление до точки КЗ

Z_кз= = =131,46 мОм;

Определим ток трехфазного короткого замыкания

Таблица 11 - Расчёт токов короткого замыкания

2.8 Расчет заземления

1.      Определим сопротивление грунта. Грунт в районе ТП - глина, следовательно,  Ом*м (по таблице 1.13.3);

.        Определим коэффициент сезонности (по таблице 1.13.2)

Примем  , для вертикального вида заземлителя и второй климатической зоны.

.        Определим сопротивление вертикального заземлителя:

 Ом;

.        Определим количество вертикальных заземлителей:

,

где нормируемое сопротивление заземляющих устройств;

.        Определим количество вертикальных электродов с учетом их экранирования:

где - коэффициент использования электродов (таблица 1.13.5);

.        Определим сопротивление вертикальных заземлителей при принятом количестве:

;

.        Определим длину соединительной полосы:

,

где а - расстояние между электродами;

.        Определим сопротивление соединительной полосы:

,

где b - ширина соединительной полосы (0,04м);

t - глубина заложения (0,8м).

.        Общее сопротивление заземляющего устройства:

.

3.     
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для сборки щита управления станком-качалкой выбрано необходимое оборудование и составлена смета затрат