Электрификация фермы КРС 400 голов

Аналогично  произойдет отключение двигателя при  перегрузке и срабатывании ДД1.3, либо при обрыве фазы и срабатывании ДД1.4.

Канал регулирования  температуры воды выполнен на операционном усилителе ДА1, например, типа К140УД8А. Питание усилителя осуществляется двухполярным напряжением от стабилитронов  VД14 и VД15.

В качестве датчика температуры воды используется терморезистор R25 типа ММТ-17, который вместе с резисторами R23+24, R26 и R27 образует измерительный мост, диагональ которого подключена к прямому и инверсному входам ДА1.

Выход ДА1 через резистор R28 управляет состоянием транзистора VТ4, в цепи коллектора которого находится электромагнитное реле К5, аналогичное К4.

При низкой температуре воды сопротивление  резистора R25 большое, поэтому положительное падение напряжения с этого резистора поступает на прямой вход ДА1 и переводит выход в единичное состояние – транзистор VТ4 насыщается, реле К5 включается и включает подогрев воды.

Когда температура  воды поднимется до заданного значения, сопротивление резистора R25 снизится, в результате чего напряжение на прямом входе ДА1 будет меньше, чем на инверсном входе. Микросхема ДА1 переключится в нулевое состояние, транзистор VТ4 закроется, катушка реле К5 обесточится и подогрев воды прекратится.

Регулировка температуры срабатывания осуществляется резисторами R23 и R29. Изменяя сопротивление R23, регулируют нижний уровень температуры, а изменяя сопротивление резистора R29 – верхний уровень.

Расчет  и выбор элементом схемы устройства управления и защиты

1. Сопротивления  резисторов R1,2 и 3 могут изменяться в широких пределах; выбираем их значения равными 100 кОм.

2. Цепь  R4С1 повышает помехоустойчивость канала; постоянную времени τ этой цепи можно выбрать равной, например, 1сек. Тогда, принимая R4=100 кОм, емкость конденсатора С1 будет равна τ/R4 = 10,0 мкФ. Bыбираем электролитический конденсатор марки К5-35 с номинальным напряжением 25В.

3. Светодиоды выбираем сверхяркие типа L934S, диаметром 3мм и рабочим током 1 мА. Поэтому сопротивление резисторов R5 и R6 выбираем равным U/I = 9/1 = 9,1 кОм.

4. Сопротивление  резистора R7 можно принять равным 18кОм, т.к. протекающий при этом ток достаточный для насыщения транзистора УТ3, и в то же время не нагружает триггер ДД1.1.

5. Трансформатор  тока Тр1 выбираем с номинальным  вторичным током 1А. Для насыщения  транзистора VТ2 падение напряжения на резисторе R8 должно быть порядка 1В. Поэтому выбираем резистор R8 типа ПЭВР-5-3,3 Ом. Переставляя движок этого резистора, можно регулировать ток срабатывания в широких пределах.

6. Параметры  цепи R10С2 выбираем аналогичными R4С1, а цепи VД3Р11 – VД1Р5.

7. В качестве  датчиков тока можно использовать  малогабаритные герконы типа  КЭМ-17А; регулировку тока срабатывания  можно осуществлять намоткой  провода вокруг геркона в виде  петли из одного-двух витков.

8. Сопротивление  резистора R13 можно выбрать равным 9,1 кОм, а параметры цепи R12С3 выбрать аналогичными R4С1.

9. Сопротивление  резистора R15 можно выбрать равным 1,0 МОм, а емкость конденсатора С4 равной 1,0 мкФ. Тогда, задавшись задержкой срабатывания при обрыве фазы равной 3 сек и скважностью тока заряда конденсатора С4 равной 360/60=6, определим постоянную времени цепи С4R17 как 3/6 = 0,5 сек. Следовательно, сопротивление резистора R17 должно равняться 510 кОм, но, учитывая шунтирующее действие резистора R15, выбираем Р17= 270 кОм.

10. В качестве К4, К5 выбираем твердотельные реле выбираем типа РХ240D5 с напряжением питания 9В, потребляемым током не более 2мА, током нагрузки до 1,5А при напряжении до 280В.

11. Суммарное  потребление постоянного тока  положительной полярности составит  не более 10 мА, т.к. основными  потребителями являются RС-цепи и реле К4, К5. Поэтому сопротивление резисторов R20…R22 можно выбрать равным 220/10 = 22 кОм, где 10 - ток одного резистора в мА. Мощность, выделяемая на этих резисторах: Р=UI = 2,2 Вт. Поэтому выбираем резисторы типа МЛТ2-43к, включая по два резистора параллельно.

12. Емкость  конденсаторов С5 и С6 можно  выбрать по 1000,0 мкФ, с рабочим  напряжением 16В.

13. Все  транзисторы целесообразно выбрать  типа КТ3107Б с коэффициентом  усиления более 200, рабочим напряжением  до 50В, обратным током коллектора  менее 0,1 мкА.

14. Резистор  R25 выбираем типа ММТ-17 с номинальным сопротивлением 10 кОм, а суммарное сопротивление резисторовR23 +Р24 выбираем равным 20 кОм. Тогда R26 также равно 20 кОм, а R27 – 10 кОм. Сопротивление резистора R29 в цепи положительной обратной связи выбираем равным 1,0 МОм, что позволит регулировать температуру воды в широких пределах.

15. Сопротивления  резисторов R9 можно выбрать равными 100 кОм, а R28 -18 кОм, что обеспечит надежное срабатывание транзисторов и реле.

Разработка  электрической схемы включения  и автоматизации

Электрическая схема включения блока управления и защиты приведена на рисунок 4.5. Напряжение на схему питания электродвигателя подается через автоматический выключатель Q1 и магнитный пускатель К6.

В цепи питания  одной из фаз двигателя установлен трансформатор тока Тр1, и во всех фазах – герконовые датчики тока К1, 2, 3. В цепь Тр1 включен амперметр  для визуального контроля фактического значения тока двигателя.

Электрическое напряжение подается на блок управления и защиты через трехфазный пакетный выключатель К7.

Входные зажимы блока управления и защиты соединены с герконовыми датчиками  тока, трансформатором тока, датчиками  уровня воды ВУ и НУ, датчиком температуры  воды. Силовые выходы блока соединены  последовательно с катушками  магнитных пускателей двигателя  и водоподогрева.

Водоподогрев  осуществляется только в автоматическом режиме. Напряжение на ТЭНы подается через  автоматический выключатель и магнитный  пускатель К7.

Все оборудование смонтировано в одном месте –  в помещении коровника, рядом  с баком для воды.

 

 

5. Подсчет электрических нагрузок фермы КРС и расчет сетей

5.1 Подсчет электрических нагрузок

 

Для подсчета электрических нагрузок электроприемников  необходимо знать активную и реактивную мощности. Перечень электроприемников с активными и реактивными мощностями представлен в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 – Перечень электроприемников  с активной и реактивной мощностями

№ п/п	Обозначение на плане	Наименование установки	Кол-во, шт.	Мощ-ть акт-ная, Р кВт	Коэфф-нт мощ-ти, cos φ	Мощ-ть реакт-ная, Q квар	Мощность полная 1 установки, S кВА
Электродвигатели
1	М1…М5	Установка ваккумная водо-кольцевая  УВВ-Ф-90	5	7,5	0,85	4,64	8,8
2	М6, М8, М9, М12,М13	Навозоуборочный транспортер ТСН-160	5	4	0,81	2,9	4,9
3	М7,М10М11	Фекальный насос НФЦ-100	3	11	0,8	8,25	13,8
4	М14	Погружной насос	1	7,5	0,88	4	8,5
5	М16	Насос молочный универсальный НМУ-6	1	0,75	0,88	0,4	0,9
Электронагревательные установки
6	15	Водонагревательная установка	1	14,1	1	0	14,1
7	17	Водонагреватель ЭВА-450	1	15		0	15
8	18	Танк охладитель	1	15,3	0,8	11,3	18,9
9	19	Водонагреватель ЭВН-100	1	1,5	1	0	1,5
Освещение
10		Освещение коровника люминесцентными  лампами	2	10,4	0,92	4,4	11,3
11		Освещение блока вспомогательных  служб	1	3,12	0,92	1,32	3,4
12		Освещение родильного отделения с  телятником	1	7,57	0,92	3,2	8,2

 

Для определения  мощности трансформатора необходимо построить  график суточных нагрузок и по нему определить максимальную полную потребляемую мощность.

График  суточных нагрузок строим согласно распорядку дня на ферме.

 

 

По графику  видно, что максимальные пиковые  нагрузки возникают с 6 до 8, с 12 до 14, с 18 до 20 часов. Максимальная активная мощность достигает 122,8 кВт.

Для определения  полной потребляемой мощности необходимо подсчитать реактивную мощности. Реактивная мощность установок подсчитываем из таблицы 5.1, согласно работающему оборудованию в пик нагрузок. Мощность реактивная равняется 52,2 квар. Определение полной мощности осуществляется по формуле:

 

 кВА, (5.1)

 

где - мощность активная;

- мощность реактивная;

 

 

5.2 Выбор источника питания

 

Источником  питания является комплектная трансформаторная подстанция (КТП). КТП – это электрическая  установка, предназначенная для  приема, преобразования и распределения  электроэнергии трехфазного тока. Она  состоит из одного или двух трансформаторов, устройства высшего напряжения (УВН) с коммутационной аппаратурой, комплектного распределительного устройства (РУ) со стороны низшего напряжения (РУНН), и служит для распределения электроэнергии между отдельными электроприемниками или группами электроприемников.

Согласно  выполненному подсчету электрических  нагрузок в пункте 5.1 полная потребляемая мощность равна 133 кВА. Выбираем комплектную трансформаторную подстанцию мощностью 160 кВА, тип КТП-160/10/0,4.

5.3 Выбор площадей сечения проводов  наружных электрических сетей

 

Электропитание  двух коровников с блоком вспомогательных  служб и родильного отделения  с телятником осуществляется кабелями марки ВВБ проложенными в земле. Для определения сечения каждого кабеля необходимо знать максимальный длительный ток. Для этого необходимо определить максимальную потребляемую мощность каждого потребителя. Исходя из графика нагрузки рисунок 5.1 можно определить активную и реактивную мощности для двух коровников с блоком вспомогательных служб и для родильного отделения с телятником. Для первого потребителя в пик нагрузок работает оборудование указанное в таблице 5.1, активная мощность 106,27 кВт, реактивная мощность 44,38 квар, а для второго потребителя оборудование представлено в таблице 5.1 активная мощность 16,57, реактивная мощность 7,8 квар. Полная мощность первого потребителя:

 

 

 

второго потребителя:

 

 

 

Определим расчетный ток для каждого  потребителя:

 

 (5.2)

 

Первая  линия:

 

 

 

Вторая  линия:

 

 

 

Исходя  из условия , принимаем кабель для первой линии сечением 35 мм2 с . условие выполняется. Принимаем марку кабеля ВВБ 4х35.

Исходя  из условия , принимаем кабель для второй линии сечением 16 мм2 с . условие выполняется. Принимаем марку кабеля ВВБ 4х16.

Определяем  потери напряжения в кабельных линиях. Допустимые потери напряжения не должны превышать 4-6%.

Определим потери напряжения на по формуле:

 

 (5.3)

 

Потери  напряжения на первой линии:

 

 

 

Потери  напряжения на второй линии:

 

 

5.4 Проверка защитных аппаратов  на срабатывание при коротких  замыканиях

 

В соответствии с требованиями ПУЭ в электрических  сетях напряжением до 1000 В с  глухим заземлением нейтрали при  коротком замыкании защитные аппараты должны надежно обеспечивать отключение. То есть при выбор автоматических выключателей нужно учитывать что  при возникновении короткого  замыкания на линии удаленного токоприемника  электромагнитный расцепитель автоматического  выключателя должен обеспечить надежное отключение этой линии.

На примере  силовой сети произведем проверку защитных аппаратов на срабатывание при коротком замыкании.

Для силовой  сети самого длинного участка от СПА (ВРУ) до токоприемника.

По таблице 3.5 пункта 3.4.2 определим самый отдаленный токоприемник. Это погружной насос, общая длина участка составляет 160 м: от СПА до распределительного пункта (РП) 30 м сечение жилы 6 мм2 участок 1-6, от РП до погружного насоса 130м сечение жилы 10 мм2 участок 6-14.

Для каждого  участка определим сопротивление  провода, по формуле:

 

 (5.4)

 

где – удельное сопротивление материала, для медных проводников 0,018∙10-6 Ом∙м;

- длина проводника n-го участка, м;

- поперечное сечение  проводника n-го участка, м2.

Для участка 1-6:

 

 

 

Для участка 6-14:

 

 

 

Тогда полное сопротивление линии равно:

 

 

 

Определяем  ток короткого замыкания: