Проектирование систем электрификации

КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра электропривода и электротехнологии

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Проектирование систем электрификации»

для студентов очной и заочной формы обучения

(специальность 311400)

Кострома, 2002 г.

Учебно-методическое пособие «Методические рекомендации по выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование систем электрификации» для студентов очной и заочной формы обучения (специальность 311400)» рассмотрено на заседании кафедры электропривода и электротехнологии, протокол № 1 от «10» сентября 2002 г. и утверждено методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства, протокол № 4 от «20» сентября 2002 г.

Пособие разработал: доцент кафедры электропривода и электротехнологии, к.т.н. Мазерин В.И.

Рецензент: доцент кафедры «Электроснабжение сельского хозяйства»

к.т.н. Попов Н.М.

В методическом пособии приведен алгоритм выполнения курсового проекта и даны рекомендации и практические советы по разработке принципиальной электрической схемы управления системой технологических машин, выбору силового электрооборудования, аппаратуры управления и защиты. Изложена методика выбора типа щита управления и его компоновки, даны рекомендации по проектированию схемы электрических соединений (монтажной) и схемы подключений щита управления к токоприемникам системы технологических машин. Приведены рекомендации по расчету и выбору кабелей и проводов, способа их прокладки, составлению плана силовых и контрольных проводок. Даны рекомендации по разработке функционально-технологической схемы установки и выбору технических автоматизаций.

Пособие может быть использовано в дипломном проектировании.

Введение

Дисциплина «Проектирование систем электрификации» изучается студентами факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства на пятом курсе, в семестре, предшествующему дипломному проектированию.

Целью дисциплины является формирование у будущих инженеров-электриков знаний, позволяющих самостоятельно и творчески решать задачи проектирования систем электрификации в сельскохозяйственном производстве.

В процессе изучения курса предусматривается выполнение студентами курсового проекта, целью которого является закрепление знаний, полученных ими при изучении дисциплины, и приобретение практических навыков разработки рациональных проектных решений в области электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства.

Данные «Методические рекомендации» являются методическим пособием, в котором студентам даны практические советы и рекомендации по выполнению ими курсового проекта.

Следуя советам и рекомендациям, приведенным в данном пособии, студенты имеют возможность в значительной мере сэкономить время и уменьшить затраты труда на выполнение курсового проекта.

Методическое пособие предназначено как для студентов очной, так и заочной формы обучения. Для студентов-заочников оно имеет большее значение, поскольку у них отсутствуют консультации по дисциплине на длительном промежутке времени.

Перед выполнением курсового проекта и использованием данных «Методических рекомендаций» предварительно необходимо ознакомиться с содержанием «Методического пособия по проектированию систем электрификации», в котором приведен теоретический материал по соответствующим разделам курсового проекта. Это будет способствовать лучшему пониманию методических советов и рекомендаций и качественному выполнению курсового проекта в целом.

Курсовой проект может быть представлен в компьютерном оформлении.

1. Рекомендуемый алгоритм выполнения курсового проекта

Получение технического задания на проектирование и данных по номеру варианта.

Изучение технического задания на проектирование и данных по номеру варианта.

Подбор методической, технической и справочной литературы.

Подбор канцелярских и чертежных принадлежностей.

Изучение «Методического пособия по проектированию систем электрификации».

Изучение «Методических рекомендаций по выполнению курсового проекта».

Разработка принципиальной электрической схемы управления электроустановкой. Графическая часть, лист № 1.

Составление описания принципиальной электрической схемы управления электроустановкой и оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Выбор силового электрооборудования (марок электродвигателей и трубчатых электронагревательных элементов) в соответствии с техническим заданием на проектирование. Оформление соответствующих разделов пояснительной записки.

Выбор пускозащитной аппаратуры (магнитных пускателей, электротепловых реле, плавких предохранителей, автоматических выключателей). Оформление соответствующих разделов пояснительной записки.

Выбор аппаратуры управления и сигнализации, технических средств автоматизации (кнопок и постов управления, сигнальных ламп и резисторов, сигнальной арматуры, переключателей (тумблеров), универсальных переключателей, промежуточных реле, конечных выключателей). Оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Выбор типа щита управления электроустановкой и оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Разработка общего вида щита управления. Графическая часть проекта, лист № 2.

Разработка схемы электрических соединений (монтажной) щита управления. Графическая часть проекта, лист № 3.

Разработка схемы подключений щита управления к токоприемникам технологической установки. Графическая часть проекта, лист № 4.

Выбор проводов и кабелей и способа их прокладки. Оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Разработка схемы силовых сетей. Графическая часть проекта, лист № 5.

Разработка функционально-технологической схемы автоматизации сушилки. Графическая часть проекта, лист № 6.

Составление описания функционально-технологической схемы автоматизации сушилки и оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Выбор средств автоматизации (первичных измерительных преобразователей-датчиков, вторичных измерительных приборов, регулирующих устройств) и оформление соответствующего раздела пояснительной записки.

Подготовка списка литературы, использованной при выполнении проекта.

Оформление титульного листа и подготовка раздела «Содержание» проекта.

Брошюровка листов пояснительной записки и графической части проекта.

Сдача курсового проекта на проверку ведущему преподавателю.

Подготовка к защите проекта.

Защита курсового проекта.

2. Рекомендации по проектированию принципиальной электрической схемы управления электроустановкой

Электроустановка состоит из совокупности машин, аппаратов, устройств, приборов, щитов и электрических цепей, которыми устройства соединены между собой.

В зависимости от назначения электрические цепи делят на первичные и вторичные. К первичным относят цепи, предназначенные для передачи и распределения электроэнергии электроприемникам (электродвигателям, электронагревателям и др.) К вторичным цепям относят цепи, используемые для передачи токов управления, сигнализации, измерений.

Порядок соединения электрических устройств между собой определяется электрическими схемами. Наиболее часто используют схемы: принципиальные (полные), соединений (монтажные) и подключения.

Принципиальная схема определяет полный состав элементов электроустановки и связей между ними и дает детальное представление о принципах ее работы. Схему используют для изучения принципа работы электроустановки, для разработки схем электрических соединений и подключения, а также в процессе эксплуатации.

При выполнении принципиальной электрической схемы необходимо в первую очередь руководствоваться следующими нормативными документами: ГОСТ 2.701-84 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению»; ГОСТ 2.702-75 «Правила выполнения электрических схем».

Принципиальная электрическая схема управления электроустановкой должна содержать:

первичные силовые цепи переменного тока с таблицей поясняющих надписей;

вторичные цепи управления, сигнализации (световой и звуковой), регулирования, защиты, блокировки с таблицей поясняющих надписей;

диаграмму переключения контактов универсального переключателя (если последний входит в состав элементов схемы);

перечень элементов в форме таблицы;

необходимые пояснения и примечания;

основную надпись (штамп чертежа).

Принципиальную электрическую схему выполняют строчным способом. При этом условные графические обозначения элементов или их составных частей, входящих в одну цепь, изображают последовательно один за другим по прямой, а отдельные цепи – рядом, образуя параллельные горизонтальные или вертикальные строки.

Особое внимание следует обратить на изображение контактов реле, приборов, аппаратов, коммутирующих устройств. Контакты указанных устройств показывают в нормальном положении, то есть при таком их действительном положении, когда отсутствуют ток во всех цепях схемы и внешнее предупредительное механическое воздействие на подвижные контакты.

Контакты реле, контакторов, кнопочных выключателей и других устройств показывают таким образом, чтобы сила, необходимая для срабатывания, действовала на подвижный контакт сверху вниз при горизонтальном изображении цепей схемы и слева направо – при вертикальном.

Расположение цепей в схеме должно соответствовать последовательности их работы. При разработке принципиальной электрической схемы управления электроустановкой на это положение необходимо обратить особое внимание. Вычерчивание схемы следует начать с того электротокоприемника, который в работу включается первым.

Для удобства работы над принципиальной схемой ее рекомендуется выполнить в два приема: сначала разработать силовую цепь, а затем – цепь управления, сигнализации, блокировки и т.п. в соответствии с техническим заданием на проектирование.

При отсутствии опыта проектной работы удобно воспользоваться миллиметровкой (а не специальной чертежной бумагой) и карандашом.

Перед началом работы лист миллиметровки следует подготовить: вычертить рамку по требуемому формату чертежа и соответствующим образом обрезать. Принципиальную схему рекомендуется выполнить на листе формата А1 – 841х594 мм. Затем наметить контур основной надписи (штампа) чертежа и мысленной разбить лист вдоль его длинной стороны на три примерно равные часты (зоны). В левой зоне А (рис.1) листа рекомендуется вычертить первичные (силовые) цепи, в средней зоне Б – вторичные цепи (управления, сигнализации, блокировки и т.п.), а в правой зоне В над основной надписью разместить таблицу «Перечень элементов схемы» и диаграмму переключения контактов универсального переключателя, если таковой задействован в схеме.

Первичные цепи переменного тока изображают на схемах линиями толщиной до 1 мм, а вторичные – тонкими линиями. Рекомендуемая толщина этих линий связи 0,3…0,4 мм.

Линии связи между элементами должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и содержать наименьшее число изломов и пересечений.

Перед вычерчиванием силовых цепей необходимо предварительно в общем плане решить вопрос о том, какую аппаратуру управления и защиты следует применить для подключения электродвигателей, электронагревателей к источнику питания. Можно рекомендовать одну из двух типовых схем подключения электроприемников к источнику питания.

Первая схема включает автоматический выключатель с комбинированным расцепителем и магнитный пускатель без теплового реле; вторая схема – плавкие предохранители и магнитный пускатель с тепловым реле.

Предпочтительней является первая схема. Она более надежна, так как не допускает неполнофазных режимов работы. Именно этот недостаток присущ схемам, построенным по второму варианту. В случае выхода из строя плавкого предохранителя или потери фазы по какой-либо другой причине электроприемник, например электродвигатель, оказывается подключенным на две фазы, что недопустимо. Если в техническом задании на проектирование нет специальных указаний о том, какую аппаратуру управления и защиты следует использовать для подключения электроприемников, то целесообразно принять первый вариант.

Вычерчивание силовых цепей следует начинать с разбивки чертежного поля зоны А на части по количеству токоприемников (рис. 2). Разметку зоны целесообразно начинать снизу, постепенно поднимаясь вверх. Части должны быть одинакового размера. В верхней части зоны А желательно оставить свободное пространство 50…70 мм по вертикали. Это необходимо для удобства выполнения вторичных цепей токоприемников. После разбивки чертежного поля на части можно приступить к вычерчиванию силовых цепей в тонких линиях, а затем обвести более толстыми. На рис. 3 и 4 показаны фрагменты силовых цепей с использованием различной аппаратуры для подключения токоприемников к источнику питания.

Следующий этап работы заключается в разработке схемы вторичных цепей управления, сигнализации, регулирования, защиты, блокировки и т.п. в соответствии с техническим заданием на проектирование (см. п.1 «Перечня вопросов для проектирования»).

Далее в тексте весь набор вторичных цепей для удобства будем называть просто цепью управления, а ее составляющие – элементарными цепями. Таким образом, цепь управления включает набор элементарных цепей: сигнализации, защиты, регулирования и т.п.

Цепь управления рекомендуется разместить в средней части Б листа (рис.1). Перед вычерчиванием элементарных цепей необходимо предварительно разметить соответствующим образом чертежное поле Б. В правой части поля следует выделить и наметить место для таблицы поясняющих надписей шириной 40…60 мм (аналогично размерам таблицы поясняющих надписей для первичных цепей) и длиной во всю ширину листа. Для этого в правой части чертежного поля Б проводят две параллельные вертикальные линии на расстоянии 40…60 мм одна от другой. Затем намечают в левой части чертежного поля Б место для размещения элементарных цепей. Для этого проводят две параллельные вертикальные линии на расстоянии 200…250 мм одна от другой во всю ширину листа. Эти линии являются фазами источника питания (фаза-фаза, фаза-нуль). Далее намечают и проводят сплошные тонкие горизонтальные линии по числу токоприемников. При этом рекомендуется эти линии проводить напротив фазы В каждого токоприемника. Это делает схемы более наглядными и удобными для пользователя. В результате получается своеобразная «лестница», стойками которой являются фазы источника питания (например: А и В; А и N), а перекладинами – горизонтальные строки, предшеставляющие собой элементарные цепи управления, сигнализации, регулирования и т.п.

Следующим действием рекомендуется заполнить строки элементами аппаратуры управления, которые позволяли бы только включать и выключать токоприемники. Такими элементами являются кнопочные посты управления (например, типа ПКЕ), катушка магнитного пускателя, блок-контакты магнитного пускателя. На рис. 5 приведен фрагмент схемы, на котором изображены указанные элементы и их соединение между собой.

Рис. 3. Фрагмент силовой цепи с подключением токоприемников к источнику питания через автоматические выключатели с комбинированными расцепителями и магнитные пускатели без тепловых реле.

Рис. 4. Фрагмент силовой цепи с подключением токоприемников к источнику питания через плавкие предохранители, магнитные пускатели и тепловые реле.

Рис. 5. Фрагмент схемы с элементарными цепями управления токоприемниками и скелетом таблицы поясняющих надписей.

Элементы аппаратуры управления рекомендуется располагать в строке на таком расстоянии друг от друга, чтобы иметь возможность разместить между двумя соседними элементами дополнительно один, два или три элемента (в случае необходимости).

После вычерчивания элементарных цепей управления, позволяющих только включать и выключать токоприемники, следует приступить к формированию дополнительных функций указанных цепей.

Для этого, в соответствии с техническим заданием на проектирование, между соседними элементами одной или нескольких строк размещают контакты переключателей, электротепловых реле, конечных выключателей, терморегуляторов, магнитных пускателей, промежуточных реле, реле времени и др. Формируют также цепи сигнализации как световой, так и звуковой.

Световую сигнализацию выполняют с использованием сигнальной арматуры, световых табло, сигнальных ламп и резисторов.

Звуковую сигнализацию формируют на базе электрических звонков, гудков и сирен.

Аналогично формируют элементарные цепи ручного и автоматического регулирования, например, температуры в сушильной камере электроустановки. В состав элементов указанных цепей включают универсальные переключатели, позволяющие переходить с ручного регулирования на автоматическое и наоборот, промежуточные реле и терморегуляторы.

Таким образом, схема вторичных цепей постепенно приобретает законченный вид. На следующем этапе оформления данной схемы необходимо заполнить таблицу поясняющих надписей. Это делается в произвольной форме при одном условии: пояснения должны быть краткими и понятными. Суть пояснений заключается в указании функции, которую выполняет элементарная цепь. На рис. 6 представлен фрагмент схемы с расширенными функциями элементарных цепей и заполненной таблицей поясняющих надписей, а на рис. 7 – фрагмент схемы с элементарными цепями ручного и автоматического управления работой нагревателей. Для перехода с ручного управления нагревателями на автоматическое и наоборот, использован универсальный переключатель SA, рукоятка которого может находиться в трех положениях «Ручное», «Отключено» и «Автоматическое» (-450, 00, +450).

Диаграмму переключения контактов универсального переключателя рекомендуется разместить в верхней части зоны В чертежного листа (рис.1). Для переключателя SA (рис. 7) диаграмма переключения контактов изображена на рис. 8.

Условные графические обозначения электротехнических элементов на принципиальных схемах регламентированы государственными стандартами, которые являются составной частью Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Рис. 6. Фрагмент схемы с расширенными функциями элементарных цепей и заполненной таблицей поясняющих надписей.

Рис. 7. Фрагмент схемы с элементарными цепями ручного и автоматического управления работой нагревателей.

Рис. 8. Диаграмма переключения контактов универсального переключателя.

В таблице 1 приведены условные графические изображения наиболее часто встречающихся на схемах электротехнических элементов.

После вычерчивания первичных и вторичных цепей рекомендуется перейти к работе над содержанием некоторых разделов пояснительной записки. Эти разделы следующие: «Описание принципиальной электрической схемы управления электроустановкой» и «Выбор силового электрооборудования, аппаратуры управления и защиты».

Первый из указанных разделов важен для понимания логики действия аппаратуры и выявления возможных ошибок в разработке схемы, которые легче исправить в самом начале работы над курсовым проектом.

Выполнение второго раздела позволит заполнить на первом листе таблицу, которая называется «Перечень элементов схемы» и, кроме того, сформировать основную часть материала пояснительной записки.

Следует учесть, что без выполнения второго раздела, перейти к работе над следующим листом графической части не представляется возможным.

Следующим, т.е. вторым листом графической части проекта, является лист, на котором должен быть представлен «Общий вид щита управления электроустановкой». Для того чтобы его выполнить, необходимо знать типы, марки аппаратуры управления и защиты, сигнализации и регулирования, блокировки и т.д., а также их размеры.