Применение электрической энергии в сельском хозяйстве

Главной целью энергетической политики нашей страны является полное и надежное обеспечение всех отраслей экономики и населения энергоносителями с учетом соблюдения экологических требований , а также максимально эффективное использование топливо – энергетических ресурсов и производственного потенциала топливо – энергетического комплекса (ТЭК) страны. В ближайшие годы будет проведена модернизации основных производственных фондов белорусской энергосистемы, создана нормативна база для развития и функционирования электроэнергетической отрасли в рыночных условиях. Что касается внешнеэкономической деятельности энергетической политики Беларуси, то она предусматривает использование географического положения страны, дальнейшее развитие сети транспорта энергоресурсов с сопредельными странами, расширения межгосударственных электрических связей Беларуси с европейскими странами. Стратеги развития энергетики Беларуси предусматривает совершенствование топливо – энергетического баланса страны исходя из необходимости замещения монопольного вида топлива – природного газа. Планируется снижение его доли в топливо - энергетическом балансе республики за счет вовлечения в баланс угля, ядерной энергии и собственных энергоресурсов. Министерство энергетики Беларуси проводит постоянную работу с государствами–поставщиками и государствами-транзитерами топливо – энергетических ресурсов по направлениям, способами и маршрутами поставок, развития межгосударственных магистральных систем нефте -, газо – и электроснабжения, обеспечивающим альтернативные варианты поставок энергоресурсов, а также увеличение объемов их транзита через территорию республики. Это работа ведется как на политическом уровне, так и на уровне крупных энергетических компаний. Развивается система подземных хранилищ природного газа. Для реализации планов в республике приняты необходимые нормативные правовые акты.

Министерством энергетики уделяется самое пристальное внимание вопросу защиты окружающей среды и социальной ответственности.

Реализация комбинированных схем выработки энергии с применением парогазовых технологий;

Применение мероприятий технологического характера по подавлению образования оксидов азота;

Модернизация оборудования ТЭС и котельных;

Максимальное внедрение оборотных схем водопользования и схем повторного использования очищенных стоков в технологических циклах;

Сокращения водопотребления и предотвращение загрязнения водоемов организациями энергетического комплекса;

Приборный контроль топочного режима тепло - источников, выбросов и сбросов загрязняющих веществ.

Развитие белорусской энергетики осуществляется в соответствии с Концепцией энергетической безопасности. Для ее реализации в ближайшей перспективе разработана и реализуется программа модернизации производственных фондов энергосистемы, энергоснабжения и увеличения использования местных топливо - энергетических ресурсов. Уже сегодня модернизируются действующие тепловые электростанции и троятся новые крупные энергоисточники с применением новейших, главным образом, парогазовых, технологий, а также небольшие ТЭЦ на промышленных предприятиях. Начаты работы по сооружению каскадов гидроэлектростанций на основных реках Беларуси, общая мощность которых к 2020 году составит более 200 МВт.

В ближайшее десятилетия будет продолжено строительство энергоисточников, работающих на местных видах топлива, активизируется использование возобновляемых источников энергии, а также строительство и ввод в эксплуатацию атомной электростанции мощностью около 2000 МВт.

Модернизация энергетики, реализация энергоэффективных проектов в других отраслях экономики позволит боле полно использовать имеющийся у нас потенциал энергоснабжения и снизить энергоемкость ВВП к 2010 году на 31% , 2015 году – на 50 % и к 2020 году – на 60% от уровня 2005 года. В результате по уровню энергоемкости ВВП республика максимально приблизиться к аналогичному показателю развитых стран, который в настоящее время в 2,5 – 3 раза ниже (0,24 кг у. т./доллар США), чем в Беларуси.

1. Краткая характеристика объекта

Животноводческие фермы предназначены для содержания скота. Современные животноводческие фермы – крупные специализированные предприятия, включающие сооружение основного и вспомогательного назначения. Характерной особенностью действующих и вновь строящийся животноводческих ферм является комплексная механизации и автоматизация основных и вспомогательных операций производственных процессов. Животноводческая ферма по условиям электробезопасности относятся к помещениям с повышенной опасностью. Чтобы обеспечить безопасность обслуживающего персонала и животных нужно надежно заземлять все металлические части электрических установок которые могут оказаться под напряжением с выше 42В. Систематически необходимо проверять надежность заземления корпусов электродвигателей, пусковой, защитной и регулирующей аппаратуры сопротивление заземляющего устройства не должна превышать 40м.

Помещение с повышенной опасностью поражения электрическим током характеризуется наличием в них одного из следующих условий:

1. Сырость, при которой относительная влажность длительно превышает 75%, но ниже 100%;

2. Полы со сравнительно высокой, удельной электропроводимостью, например:

Металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.д.;

3. Высокая температура длительно превышающая 30⁰С;

4. Возможность одновременного прикосновения человека к заземленным конструкциям.

2. Требования ПУЭ к внутренним проводам

Электропроводкой называется совокупность проводов и кабелей с относящемся защитными конструкциями и деталями установленными в соответствии с ПУЭ.

Электропроводки различаются на следующие виды:

1. Открытая электропроводка – проложенная по поверхности стен, потолку, по фермам и другим строительным элементам зданий и сооружений, по опорам и т.п.

При отрытой электропроводке применяются следующие прокладки проводов и кабелей, непосредственно по поверхности стен, потолков, на струнах, тросах, изоляторах, в трубах, коробках, гибких металлических рукавах на лодках, в электрических плинтусах и наличниках свободной поверхности и т.п. открытая, электропроводка может быть стационарной, передвижной и переносной.

2. Скрытая электропроводка – проложенная в нутрии конструктивных элементах зданий и сооружений (в стенах, полах, фундаментах, перекрытиях), а также по перекрытиям в подготовке пола, не посредственно под съемным полом.

При скрытой электропроводке применяются следующие способы прокладки проводов и кабелей: в трубах, в гибких металлических рукавах, коробках, в замкнутых каналах и пустотах конструкциях, в заштукатуриваемых бороздах, подштукатуренной.

При прокладке проводов и кабелей в трубах, коробках, гибких металлических рукавах и замкнутых каналах должны проводится при помощи оприсовки, пайки или с зажимом, должен быть предусмотрен запас провода обеспечивающий возможность повторного соединения, отвлетления или присоединения места соединения и отвлетления проводов и кабелей должны быть доступны для осмотра и ремонта, и недолжно быть механических усилий натяжения.

Электропроводка должна соответствовать условиям окружающей среды, назначению и ценности сооружений их конструкций и архитектурным особенностям.

Выбор видов проводки, выбор проводов и кабелей и способа их прокладки следует осуществлять в соответствии с табличками ПУЭ. При наличии одновременно двух и более условий характеризующих окружающую среду, электропроводка должна соответствовать всем этим условиям.

3. Выбор марки проводов, их сечения и способы прокладки

Электрическая проводка должна соответствовать условиям окружающей среды, назначению и ценностей сооружения, их конструкции и архитектурным особенностям. При выборе вида электропроводки и способа прокладки проводов и кабелей должны учитываться требования электрической безопасности и пожарной безопасности. Выбор видов электрической проводки, выбор проводов и кабелей и способа их прокладки следует осуществлять в соответствии с таблицами ПУЭ. При наличии одновременно двух и более условий, характеризующих окружающую среду электропроводка должна соответствовать всем этим условиям. Оболочки и изоляция проводов и кабелей, применяемых в электрических проводах должны соответствовать способу прокладки и условиям окружающей среды. Изоляции, кроме того, должна соответствовать номинальному напряжению сети. Нулевые рабочие проводки должны иметь изоляцию равноценную изоляции фазных проводников. В производственных нормальных помещениях допускается использование стальных труб и тросов открытых электрических проводок.

Поскольку животноводческая ферма является производственным помещениям – принимаем скрытую электрическую проводку в трубах, прокладываем провод марки АПВ, четыре провода в трубе.

Задачей расчета электрических проводок является выбор сечения проводников, при этом сечение должно быть минимальным и удовлетворять следующим требованиям:

1. допустимому току;

2. электрической защите;

3. допустимым потерям напряжения;

4. механической прочности.

В отношении механической прочности выбор сечения сводится: для стационарных электрических установок, кабелей и изолированного провода, для силовых и осветительных сетей должны быть: медные 1,5 мм² , алюминиевые 2,0 мм² .

Сечение провода выбирается по допустимым токовым нагрузкам по формуле:

I доп. ≥ I н. дв. (4.1)

где: I доп. - длительный допустимый ток для данного сечения провода (принимается по таблице ПУЭ), (А).

I н. дв.- номинальный ток электрического двигателя, (А).

Диаметр трубы в зависимости от сечения провода ми количества, принимаем по таблицам ПУЭ. Результаты расчета и выбора марки проводов, их сечения, способа прокладки заносим в таблицу (4.1).

Таблица (4.1)

Выбранное сечение провода электрической сети при проверке по потери напряжения, необходимо исходить из того, чтобы отклонения напряжения для присоединения к этой сети электрических приемников не выходило за пределы допустимого.

ПУЭ допускает следующие приделы отклонения напряжения на зажимах токов приемников:

- для ламп освещения жилых зданий, аварийного освещения и наружного, выполненного светильниками, + -5%.

- для ламп рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий, а так же прожекторных установок наружного освещения + 5%, -2,5%.

- для электрических двигателей + - 5%, в отдельных случаях для электрических двигателей допускается отклонения выше номинального до + - 10%.

Исходя из допустимых величин отклонения напряжения, можно определить величину допустимой потери напряжения в сети. Она должна быть такой, чтобы отклонения напряжения на зажимах токоприемников не превышали указанных выше значений.

Потеря напряжения в цепи трехфазного тока напряжением до 1000В, небольшой протяженности, выполненной медными или алюминиевыми проводами, может быть определена по упрощенным формулам:

- при нагрузке в конце линии:

ΔU=(4.2)

- при нагрузках присоединенных по длине линии:

ΔU=(4.3)

где:

𝜌 – расчетная мощность на участке, (Вт).

𝑙 – длинна участка, (М).

γ – удельная электрическая проводимость провода, (м/Ом · мм²).

U – напряжение сети, (В).

S – сечение провода, (мм²).

Рассчитываем допустимую потерю напряжения для одиночных двигателей при нагрузки в конце линии.

Рассчитываем потерю напряжения для φ = 34,5; 1-го двигателя.

ΔU₁ = 1000 · Р₁ · 𝑙₁/U₁ · φ₁ · S₁ = 1000 · 7,5 · 15/380 · 34,5 · 2,5 = 3,4 В

ΔU₁ = 3,4 · 100/380 = 0,8%

Рассчитываем потерю напряжения для 2-го двигателя.

ΔU₂ = 1000 · Р₂ · 𝑙₂/U₂ · φ₂ · S₂ = 1000 · 4,0 · 20/380 · 34,5 · 2 = 6,1 В

ΔU₂ = 6,1 · 100/380 = 1,6%

Рассчитываем потерю напряжения для 3-го двигателя.

ΔU₃ = 1000 · Р₃ · 𝑙₃/U₃ · φ₃ · S₃ = 1000 · 5,5 · 30/380 · 34,5 · 2 = 12,5 В

ΔU₃ = 12,5 · 100/380 = 3,2%

Рассчитываем потерю напряжения для 4-го двигателя.

ΔU₄ = 1000 · Р₄ · 𝑙₄/U₄ · φ₄ · S₄ = 1000 · 5,5 · 25/380 · 34,5 · 2 = 5,2 В

ΔU₄ = 5,2 · 100/380 = 1,3%

Рассчитываем потерю напряжения для 5-го двигателя.

ΔU₅ = 1000 · Р₅ · 𝑙₅/U₅ · φ₅ · S₅ = 1000 · 4,0 · 35/380 · 34,5 · 2 = 10,6 В

ΔU₅ = 10,6 · 100/380 = 2,7%

4. Расчет и выбор аппаратов защиты (предохранители или автоматы)

Аппарат защиты – предохранитель

Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и длительных токов перегрузок характеризуются номинальными токами плавкой вставки предохранителей.

Номинальным токам плавки вставки называют ток при котором она должна работать в течении продолжительного времени а номинальным током предохранителя – наибольший из номинальных токов плавок вставок используемых в данном предохранителе. В случаи прохождения через плавкую вставку предохранителя тока превышающего номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая защитный участок от остальной цепи электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000В широко перемещаются предохранители типов: ПР2, НПH, ПН2.

Плавкие вставки предохранителей для защиты одиночных двигателей, должны отвечать двум требованиям:

1. Не должны перегорать при запуске двигателя;

2. Обязательно должны перегорать при возникновении короткого замыкания.

Чтобы плавки вставки не перегорали при запуске двигателя, их выбирают по формуле:

I пл.вст. ≥ I н. дв. · Ki/α (5.1)

где:

I н.дв. – номинальный ток двигателя указывается в техническом паспорте, А;

Ki – кратность пускового тока указывается в каталоге;

α - условия запуска двигателя, применяется в зависимости технологичного процесса.

Чтобы не было ложных срабатываний групповой плавки вставки предохранителя необходимо соблюдать два условия:

1. I гр.пл.вст. ≥  (5.2)

2. I гр.пл.вст. ≥ (5.3)

где:

 – сумма номинальных токов двигателей, (А);

 – сумма номинальных токов двигателя, за исключением двигателя у которого больший пусковой ток в группе, (А);

 – пусковой ток двигателя, у которого он больше в группе, (А).

По результатам расчета выбираем ближайшую, большую, стандартную плавкую вставку.

Результаты расчета и выбора плавок вставок заносим в таблицу (5.1).

Таблица (5.1)

Производим расчет и выбор плавких вставок предохранителя для каждого двигателя:

Для первого двигателя:

I пл.вст ≥

I пл.вст₁ ≥ ;

I пл.вст₁ ≥ 53,1 А

Принимаем I пл.вст₁ = 60А

Тип предохранителя: ПН2 – 100

Для второго двигателя:

I пл.вст₂ ≥ ;

I пл.вст₂ ≥ 22,12 А

Принимаем I пл.вст₂ = 25А

Тип предохранителя: НПН – 60

Для третьего двигателя:

I пл.вст₃ ≥ ;

I пл.вст₃ ≥ 29,4 А

Принимаем I пл.вст₃ = 30А

Тип предохранителя: ПН2 – 100

Для четвертого двигателя:

I пл.вст₄ ≥ ;

I пл.вст₄ ≥ 31,5 А

Принимаем I пл.вст₄ = 40А

Тип предохранителя: НПН – 60

Для пятого двигателя:

I пл.вст₅ ≥ ; I пл.вст₅ ≥ 20,4 А

Принимаем I пл.вст₅ = 20А

Тип предохранителя: НП2 – 100

Определяем групповую плавкую вставку предохранителя:

1) I гр.пл.вст. ≥

I н.дв₁ + I н.дв₂ + I н.дв₃ + I н.дв₄ + I н.дв₅ = 17,7+7,9+12,1+10,5+8,5 = 56,7 (А)

2) I гр.пл.вст. ≥

I пуск₁ = I Н.ДВ₁ · α₁ = 17,7 · 2,5 = 44,25 А

I пуск₂ = I Н.ДВ₂ · α₂ = 7,9 · 2,5 = 19,75 А

I пуск₃ = I Н.ДВ₃ · α₃ = 12,1 · 2,5 = 30,25 А

I пуск₄ = I Н.ДВ₄ · α₄ = 10,5 · 2,0 = 21 А

I пуск₅ = I Н.ДВ₅ · α₅ = 8,5 · 2,5 = 21,25 А

I гр.пл.вст. ≥  ³  = 27,42 А

Принимаем I гр.пл.вст. = 30 А

Тип предохранителя ПН2 – 100

5. Проверка эффективности защиты

Стандартная плавка вставка проверяется на эффективность защиты.

Защита будет эффективна если:

I к.з. ≥ 3 I пл.вст. (6.1)

а для пожароопасных помещений:

I к.з. ≥ 4 I пл.вст. (6.2)

I к.з. =  (6.3)

где:

I к.з.- ток короткого замыкания, (А);

.- фазное напряжение в сети, (В);

. – сопротивление петли "фаза - ноль", (Ом).

Пусть сопротивление "фаза - ноль" имеет следующие значения:

Rn₁ = 0,5 (Ом);

Rn₂= 1,1 (Ом);

Rn₃ = 1,5 (Ом);

Rn₄ = 1,1 (Ом);

Rn₅ = 1,0 (Ом);

Rобщ. = 0,5 (Ом)

Вычисляем токи однофазных коротких замыканий:

I к.з.1 =  =  = 440 А

I к.з.2 =  =  = 220 А

I к.з.3 =  =  = 146,6 А

I к.з.4 =  =  = 200 А

I к.з.5 =  =  = 220 А

I к.з.общ. =  =  = 440 А

Проверка эффективности защиты для электродвигателя:

I к.з. ≥ 4 I пл.вст.

I к.з.1 = 440 ³ 4 · 60;

440 > 240

Защита эффективна

I к.з.2 = 220 ³ 4 · 25;

220 > 100

Защита эффективна

I к.з.3 = 146,6 ³ 4 · 60;

146,6 < 240

Защита не эффективна. Для эффективности защиты необходимо выполнить следующие условия: уменьшить длину провода, или увеличить сечение, или алюминиевый провод заменить на медный.

I к.з.4 = 200 ³ 4 · 40;

200 > 160

Защита эффективна

I к.з.5 = 220 ³ 4 · 30;

220 > 120

Защита эффективна

I к.з.общ. = 440 ³ 4 · 30;

440 > 120

Защита эффективна

6. Выбор силового шкафа

Для распределения электроэнергии в цехах сельскохозяйственных предприятий, применяются силовые шкафы разных конструкций и схем, силовые шкафы серии СП62 и СПУ62, комплектующимися плавками вставками предохранителями типа НПH – 60 и ПН2, они выполнены для трехфазных сетей с глухо – заземленной нейтрально. Силовые шкафы с двумя рубильниками на вводе имеют механическую блокировку, исключающую одновременное включение обоих рубильников. Длительно допустимая нагрузка шкафов серии СП – 62 равна номинальному току вводного аппарата, а СПУ62 – 70%, этой величины. Силовые шкафы выбираются:

1. По способу установки:

- на полу;

2. По роду защиты от воздействия окружающей среды:

- СП – IP22, СПУ – IР54

По вводу проводов в трубах:

- сверху, через съемную крышку;

- снизу, через съемную крышку;

- для установленного на полу;

- через свободный проем, который при необходимости уплотняется по периметру;

4. По номинальному напряжению в сети;

5. По номинальному току;

6. По числу групп и токов нагрузкам на группе.

Исходя из этих условий, выбираем силовой шкаф типа СПУ62 - 2/1, U_H= 400B, I_H = 250A, число групп и токовая нагрузка на группы 2х60+3х100.

7. Выбор магнитных пускателей и тепловых реле

Магнитный пускатель – низковольтный коммутационный аппарат, предназначенный для местного и дистанционного управления электродвигателям, также осуществляет нулевую защиту, то есть при исчезновении напряжения или его снижения на 40 – 60% от номинального значения магнитная сила пускателя отпадает, силовые контакты размыкаются.

В комплекте с тепловым реле пускатели выполняют защиту двигателя от перегрузки, магнитные пускатели выбирают:

По номинальному напряжению сети;

По номинальному напряжению, катушки;

По величине магнитного пускателя;

По степени защиты от окружающей среды;

По электрическому исполнению (реверсивный или нереверсивный).

Учитывая изложенное производим расчет и выбор магнитных пускателей, результаты заносим в таблицу (8.1).

Таблица (8.1)

Выбор тепловых реле.

Тепловое реле применяются в комплекте с магнитными пускателями и служит для защиты электрических цепей от токов перегрузки. Установку теплового реле выбирают по формуле:

I у.т.р ≥ I н. дв. (7.1)

где:

I н.дв. – номинальный ток двигателя, А.

Выбираем по каталогу тип теплового реле и установки в нем, результаты заносим в таблицу (7.2).

Таблица (7.1)

8. Разработка расчетных схем

Расчетная схема необходима для технического грамотного монтажа и эксплуатации электрооборудования. На расчетной схеме изображается: схема силового шкафа, его марка, число групп, типы предохранителей, типы магнитных пускателей, тепловое реле, и токи тепловых расцепителей. Типы двигателей их мощность и номинальный ток.

9. Разработка схемы управления. Схема управления трехсекционным электрокалорифером

Включаем автоматы (QF1,QF2), напряжение подается на сил