Определение мощности электропривода при длительном режиме работы и постоянной нагрузке

1. Металлорежущие станки, мощность Р [ Вт ]:

; (9.49)

где Р_РЕЗ = К_РЕЗ × S - сопротивление резанию [ Н ];

К_РЕЗ - коэффициент резания [ Н / мм² ];

S - площадь резания [ мм² ];

V- скорость резания [ м / с ];

h - КПД станка (строгальные и долбежные станки h @ 0,6, токарные сверлильные и фрезерные станки h @ 0,7.).

2. Центробежные насосы, мощность Р [ Вт ]:

; (9.50)

где Q - расход перекачиваемой жидкости [ м³ / с ];

Н- напор [ м ];

γ - удельный вес перекачиваемой жидкости [ Н / м³ ];

К_З- коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки

(Р £ 1 кВт - К_З = 1,3; 2 £ Р £ 5 К_З = 1,15 ¸ 1,20; 5 £ Р £ 50 К_З = 1,1 ¸ 1,15;

Р ³ 50 К_З = 1,05 ¸ 1,1).

3. Центробежный вентилятор, мощность Р [ Вт ]:

; (9.51)

где Q - расход перекачиваемого газа [ м³ / с ];

Н- напор (разрежение) [ м ];

К_З- коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки (Р £ 1 кВт - К_З = 2; 1 £ Р £ 2 К_З = 1,5; 2 £ Р £ 5 К_З = 1,25; Р ³ 5 К_З = 1,1 ¸ 1,15).

h_В - КПД вентилятора (малые вентиляторы - h @ 0,3 - 0,5, большие вентиляторы - h @ 0,4 ¸ 0,7).

4. Грузоподъемные машины - механизм подъема груза, мощность Р [Вт]:

; (9.52)

где G - вес транспортируемого груза [ Н ];

G _ГЗП - вес строп и грузозахватного приспособления [ Н ];

V- скорость перемещения груза [ м / с ];

h - КПД редуктора.

Найденную мощность проверяют в режиме пуска, для чего находят массу

груза m [ кг ] = [ Н × с² / м ], деля (G + G_ГЗП) на ускорение свободного падения

g = 9,81[ м / с² ]:

; (9.53)

затем находят ускорение а [ м / с² ] перемещения груза за время t [ с ]:

; (9.54)

и усилие F [ Н ], создающее это ускорение:

F = m × а ; (9.55)

после чего определяют динамическое приращение мощности Р_ДИН [Вт]::

; (9.56)

находят перегрузку машины l = Р ^*:

l = Р ^*= [(Р+ Р_ДИН) / Р]; (9.57)

и по справочным данным на двигатель определяют ее допустимость. Если перегрузка машины превышает допустимые значения, требуемую номинальную мощность Р_НОМ машины определяют из выражения:

Р_НОМ³ [(Р+ Р_ДИН) / (М_ПУСК)^* ]; (9.58)

где (М_ПУСК)^*= (М_ПУСК / М_НОМ) - пусковой момент в относительных единицах по справочным данным на электрические машины.

- механизм передвижения тележки, (и) моста, мощность Р [Вт]:

; (9.59)

где G ^Т+М_ГЗП - вес тележки, моста (тележки и моста) и ГЗП [ Н ];

D - диаметр колеса передвижения тележки, моста [ м ];

d - диаметр цапфы тележки, моста [ м ];

m _КАЧ- коэффициент трения качения колеса тележки, моста (для обкатанных колес m _КАЧ= 0,05, для необкатанных - m _КАЧ= 0,1 ;

m _С= 0,1 - коэффициент трения скольжения в подшипниках скольжения колеса тележки, моста;

К_Р- коэффициент трения скольжения реборды колеса о рельс (для тажелых кранов К_Р= 1,4, для прочих - К_Р= 1,25).

Полученную мощность также проверяют по режиму пуска, как и для механизма подъема.

5. Непрерывный транспорт - ленточный транспортер, мощность Р [кВт]:

; (9.60)

где А и В - табличныекоэффициенты холостого хода транспортерных лент и груза, С - табличный коэффициент на сбрасыватель (таблица 9.6);

L₁ - мерная длина транспортера между осями барабанов [ м ];

L₂ - расстояние перемещения груза [ м ];

Q - производительность транспортера [ кг / с ];

Н - высота подъема груза [ м ];

К₁ - коэффициент, учитывающий потери на трение ленты о ролики (при L₁ £ 15 [ м ] К₁ =1,2; при 15 < L₁ £ 30 [ м ] К₁ =1,1; при 30 < L₁ £ 45 [м] К₁ =1,05; при L₁ ñ 45 [ м ] К₁ =1,0);

К₂ @ (1,25 ¸ 1,50) - коэффициент, учитывающий потери при пуске.

Таблица 9.6 – Зависимость коэффициентов А, В и С от ширины b ленты

	b [ мм ]
350 - 400
А	0,024	0,026	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,10
В	0,14	0,135	0,132	0,127	0,117	0,109	0,102	0,097	0,09
С	1,0	1,5	1,5	1,75	2,5	3,0	4,0	5,0	7,0

Примечание: 1. Коэффициенты приведения А и В приведены для подшипников скольжения. Для подшипников качения значение коэффициентов А и В снижаются в 2 раза.

2. При сбрасывателе в форме волнореза коэффициент С уменьшается в 2 раза.

Имеется приближенная формула расчета горизонтального ленточного транспортера, мощность Р [кВт]::

; (9.61)

где m - коэффициент трения подшипников (для подшипников скольжения m = 0,1, для подшипников качения - m = (0,01 ¸0,05).

- скребковые транспортеры и шнековые конвейеры (стокеры), мощность Р [кВт]:

; (9.62)

где W_C- табличный коэффициент (таблицы 9.7, 9.8) сопротивления перемещению транспортируемого материала.

Для приближенного расчета мощности Р [ Вт ] привода черпаковых транспортеров и норий производительностью Q [ кг / с ] при подъеме на высоту Н [ м ] используется выражение:

; (9.63)

где h - коэффициент полезного действия редуктора.

Таблица 9.7 – Коэффициент сопротивления W_C перемещению малоабразивного материала (уголь, поваренная соль) скребковым транспортером

Q [ кг / с ]	Роликовая цепь	Скользящая цепь	Q [ кг / с ]	Роликовая цепь	Скользящая цепь
1,25	2,25	4,20	7,5	1,10	1,90
2,5	1,7	3,20	10,012,5	1,05	1,70
3,0	1,3	2,25		0,97	1,60

Таблица 9.8 – Коэффициент сопротивления перемещению W_C

шнековым транспортером

Транспортируемый материал	WC
Малопбразивный (уголь, соль, мука, торф, опилки) Абразивный ( гравий, песок, цемент) Сильно абразивные и липкие (зола, известь, сера, формовочная земля)._	2,5 3,2 4,0

6. Дробилки челюстные (щековые), мощность Р [ кВт ] :

; (9.64)

где b - длина рабочего зева [ м ];

D, d - диаметр сырья и продукта [ м ];

n - число двойных качаний щеки дробилки в минуту;

Е - модуль Юнга сырья [ Па ] (камень Е 4,5 × 10 ⁶ [ Па ]);

s_В - временное сопротивление камня сжатию [ Па ].

Практически щековые дробилки требуют от 0,75 до 2 кВт на 1 м³ в час производительности.

7. Цилиндрические сортировки, мощность Р [ кВт ] :

Р = 22,2 × Q /10⁶ . (9.65)

где Q - производительность сортировки [ м³ / с ].

Заземление

Заземление – совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Замыкание на землю – случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями или с землей.

Замыкание, возникшее в машинах, аппаратах и линиях на заземленные конструктивные части электроустановок называется замыканием на корпус электроустановки.

Нейтраль, не подключенная к заземляющим устройствам называется изолированной. Электроустановки с изолированной нейтралью применяют при повышенных требованиях безопасности – в детских учреждения, школах, больницах… Во всех случаях в этих электроустановках (напряжением до 1000 В) для заземляющих проводников не требуется применять для стали сечения более 100 [мм²], для меди – 35 [мм²], для алюминия - 25 [мм²].

В сетях напряжением до 1000 В глухое заземление нейтрали имеет преимущественное применение, а для четырехпроводных и пятипроводных сетей переменного тока и трехпроводных постоянного – обязательным.

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью обязательна металлическая связь корпусов электроприемников с заземленной нейтралью электроустановки. Минимальные сечения заземляющих проводников приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1

– Минимальные сечения S [мм²] стальных заземляющих проводников

Проводники	Место прокладки
В здании	Вне здания	В земле
Пруток Æ [ мм ] Полосовая сталь, сечение S [мм2] толщина d [ мм ] Стальная труба d стенки [ мм ]	5,0 3,0 2,5	6,0 4,0 2,5	6,0 4,0 3,5

Системы заземления

До 1995 г. в России электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозазем­ленной нейтралью выполнялись четырехпроводными: три фазы и нуле­вой проводники, нейтраль трансформатора или другого источника пи­тания присоединялась к земле (заземляющему устройству) через малое сопротивление. Нулевой проводник соединялся с нейтралью трансфор­матора и выполнял функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. По принятым в настоящее время стандартам такая систе­ма заземления относится к системе TN-C с PEN проводником. Систе­ма TN-C получила широчайшее распространение в промышленных, городских и сельских сетях благодаря своему основному преимущест­ву - наличию двух стандартных напряжений: фазному и линейному. Данная система заземления достаточно проста, экономична, но формально не обеспечивает должный уровень электробезопасности . С середины 90-х годов в качестве государственных стандартов были приняты международные стандарты [МЭК 364 (ГОСТ Р 50571—94)], требования которых включены в ПУЭ. Новый стандарт внес существенные изменения в системы электроснабжения жилых, общественных, адми­нистративных и бытовых зданий, для которых стандарт запретил использовать систему заземления TN-C. Вместо нее были предложены новые систе­мы: TN-C-Sи TN-S, в которых нулевой рабочий и нулевой защитный проводники во всей сети или в ее части работают раздельно, что увеличивает стоимость распределительных сетей в 1,5 – 2 раза, не повышая ее электробезопасности (особенно в детских садах, школах, музеях, театрах, где доступ к токоведущим частям очень сильно ограничен, тем более, что лишние контакты на ответвления к рабочей нейтрали надежности не прибавляют).

Типы систем заземления.ГОСТ Р 50571.2-94 (МЭК 364-3-93) преду­сматривает три типа систем заземления электрических сетей: TN, ТТ, IT.СистемаTN в зависимости от устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников разделяется на три вида: TN-C, TN-C-S и TN-S.

В обозначении системы заземления первая буква (I или Т) опреде­ляет тип заземления нейтрали трансформатора. Буква «I» означает, что нейтраль трансформатора изолирована от земли или связана с землей через сопротивление или разрядник. Буква «Т» указывает на прямую связь по меньшей мере одной точки сети (нейтрали трансформатора) с землей. Вторая буква обозначения системы заземления электрических сетей характеризует связь с землей открытых проводя­щих частей электроустановки - нетоковедущих частей, доступных к прикосновению, которые могут оказаться под напряжением при нарушении изоляции токоведущих частей. Буква «Т» означает прямое соединение открытых проводящих частей электроустановки с землей без связи их с нейтралью трансформатора.

Буква «N» указывает на прямое соедине­ние открытых проводящих частей электроустановки с заземленной ней­тралью посредством PEN или РЕ проводников.

Последующие буквы характеризуют устройство нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. Буква «С» означает, что функции ну­левого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в од­ном проводнике (PEN проводнике), буква «S» — функции нулевого за­щитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельны­ми проводниками.

В системах заземления используются следующие нулевые провод­ники:

- N проводник — нулевой рабочий проводник, который служит для
питания однофазных электроприемников и для подключения к
нему нулевых точек трехфазных электроприемников;

- РЕ проводник — нулевой защитный проводник, соединяющий
зануляемые части (корпуса) электроприемников с заземленной
нейтралью трансформатора или генератора в сетях переменного
трехфазного тока;

- PEN проводник выполняет функции РЕ проводника и N провод­ника. PEN проводник присоединяется к заземленной нейтрали вторичной обмотки трансформатора или генератора, может иметь повторное заземление в других точках сети.

Назначение нуле­вых рабочих и защитных проводников в соответствии с требованиями МЭК 617-И.

Нулевой рабочий проводник (N) – нейтраль в электропроводках зданий и сооружений, выполненных до 1990 г.

Нулевой защитный проводник (РЕ) – в электропроводках зданий и сооружений, выполненных до 1990 г. - ответвление от нейтрали, подключенное к защитному контакту евророзеток.

Совмещенный нулевой рабочий и нулевой защитный проводник (РЕN) – нейтраль в электропроводках, выполненных до 1990 г.

В TN системе нейтраль трансформатора (или другого источника питания) глухо заземлена (соединена с землей в од­ной или нескольких точках), а все доступные прикосновению открытые проводящие части электроустановки соединяются с заземленной точ­кой с помощью PEN или РЕ и N проводников. Проводимость PEN проводника, идущего от нейтрали трансформатора или генератора, должна быть не менее 50 % проводимости фаз.

В качестве N проводника следует использовать дополнительную жилу провода или кабеля (четвертая жила в сетях переменного трехфаз­ного тока).

В качестве защитных проводников (PEN и РЕ проводников) долж­ны быть в первую очередь использованы специально предусмотренные для этой цели проводники, в том числе жилы кабелей, изолированные провода в общей оболочке с фазными проводами, стационарно проло­женные неизолированные или изолированные проводники. В качестве PEN или РЕ проводников между нейтралью и щитом распределитель­ного устройства следует использовать: при выводе фаз шинами — шину на изоляторах; при выводе фаз кабелем (проводом) — жилу кабеля (провода).

Допускается использовать в качестве PEN и РЕ проводников проводники, конструкции и элементы, если они обеспечивают непрерывность цепи заземления и удовлетворяют нормативным требо­ваниям:

- алюминиевые оболочки кабелей;

- металлические конструкции и опорные конструкции шинопроводов;

- стальные трубы электропроводок;

- металлические конструкции зданий или сооружений (фермы, колонны);

- арматуру железобетонных конструкций и фундаментов зданий;

- металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ и смесей, канализации и центрального отопления.

Система TN-C это система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рисунок 10.1). В настоящее время система TN-C - основная в питающих и распределительных сетях низкого напряжения промышленных предприятий.

В четырехпроводных сетях трехфазного тока заземление нейтрали обязательно. Открытые проводящие части электроустановки должны быть электрически соединены с заземленной нейтралью трансформатора или генератора: в сетях переменного тока - должно быть выполнено зануление. Заземление корпусов электроприемников без их зануления недопустимо. Зануление предназначено для создания цепи короткого замыкания с малым со­противлением при пробое одной из фаз на корпус электроустановки для обеспечения безопасности обслуживающего персонала.

L1 L2 РУ L3   PEN     1 2 2   Рисунок 10.1 -Система TN-C переменного тока (нулевой защитный и нуле­вой рабочий проводники совмещены в одном проводнике – аналого четырехпроводной трехфазной сети, сущестующей до 1990 г.): 1 — заземлитель нейтрали (сред­ней точки) источника питания; 2 - открытые токопроводящие части Рекомендуется для сельскохозяйственных и промышленных предприятий

В системе TN-C предусматриваются устройства защиты от сверхто­ков (коротких замыканий, перегрузок). Устройства защиты, реагирую­щие на дифференциальный ток (устройства защитного отключения — УЗО), как правило, не предусматриваются из-за неэффективности их применения (более эффективен постоянный контроль наличия нуля).

Система TN-C-S является комбинацией систем TN-C и TN-S, в ко­торой PEN проводник используется только в сети общего пользования. В какой-то точке сети PEN проводник разделяется на два проводника: РЕ и N проводники (рисунок 10.2). После точки разделения РЕ и N про­водники объединять запрещается, N проводник изолируется от корпуса, предусматриваются раздельные зажимы или шины для РЕ и N провод­ников. Разделение PEN проводника в системе TN-C-S обычно осущест­вляется на вводе в электроустановку (в здание). В точке разделения PEN проводник заземляется на повторный контур заземления.

Стандарты предъявляют следующие требования к PEN проводнику в системе TN-C-S:

- площадь сечения медного проводника должно быть не менее 10 мм² а алюминиевого - не ме­нее 16 мм ;

-. часть электроустановки с PEN проводником не должна быть ос­нащена устройствами УЗО, реагирующими на дифференциаль­ный ток.

Устройства защитного отключения в системе могут быть установле­ны только после разделения PEN проводника со стороны электропри­емников. Система TN-C-S является наиболее перспективной для прак­тического применения, так как она формально позволяет обеспечить более высо­кий уровень электробезопасности по сравнению с системой TN-C и не требует проводить реконструкцию существующей электрической сети. Тем не менее, появление дополнительных контактов не повышает надежность защиты.

L1

L2

РУ L3

PEN PE

N

А В

1 2 1

Рисунок 10.2-Системы TN-С (приемник А) и TN-С-S (приемник В) переменного трехфазного тока (нулевой защитный и нуле­вой рабочий проводники разделены в точке повторного заземления PEN проводника): 1 - заземлитель нейтрали (сред­ней точки) источника питания; 2- открытые токопроводящие части

Система TN-S имеет N и РЕ проводники, которые работают раз­дельно по всей системе. В системе TN-S устройство защитного от­ключения может устанавливаться в любой точке сети. В трехфазных сетях переменного тока для реализации системы TN-S требуется при­менять пятипроводные линии во всей сети от источника питания до электроприемника. Это делает систему TN-S более дорогой и слож­ной (рисунок 10.3).

В системе IT изолированная нейтраль трансформатора (генератора) изолирована от земли или зазем­лена через большое сопротивление. Открытые проводящие части электроустановки заземлены (присоеди­нены к заземлителю, электрически независимому от заземлителя ней­трали трансформатора или генератора. Систему следует применять при недопустимости перерыва электроснабжения электроприемников.

Так как наиболее частые аварии в сетях с глухозаземленной нейтралью - однофазные короткие замыкания, то применение сетей с изолирован­ной нейтралью позволяет не нарушать работу электроприемников в случае пробоя или нарушения изоляции в одной фазе.

Сети с изолированными нейтралями применяются в шахтах, для передвижных установок, торфяных разработок, в отдельных цехах предприятий цветной металлургии.

L1 L2 РУ L3   N PE   2 2     Рисунок 10.3-Система TN-S переменного тока (нулевой защитный и нуле­вой рабочий проводники разделены по всей длине питающей трехфазной сети): 1 — заземлитель нейтрали (сред­ней точки) источника питания; 2 - открытые токопроводящие части Обязательна для жилых, адми­нистративных, бытовых и общественных зданий

.

Для сетей с изолированной нейтралью заземление корпусов элекроприемников является обязательным. Кроме того, должен осуществляться непрерывный контроль изоляции сети и обеспечена возможность быстрого отыскания замыканий на землю.

В сетях системы IT предусматриваются защиты: от сверхтоков, а от замыканий на землю могут применяться устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток. Защита от замыканий на землю должна отключать сеть в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения безопасности обслуживающего персонала (рисунок 10.4А, 10.4.В).

L1 L2 РУ L3   N R   2 2   3 1 1   Рисунок 10.4 А-Система IT трехфазного переменного тока - нулевой рабочий проводник N соединен с зазамлителем через большое сопротивление R: 1 - заземлитель корпуса электроприямника; 2- открытые токопроводящие части; 3 - заземлитель изолированной нейтрали

В системе ТТ нейтраль трансформатора или генератора глухо заземлена, а открытые проводящие части заземлены с помощью заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника питания. Система заземления имеет ограниченную область применения. .

L1 В L2 РУ L3   N     1 1 Рисунок 10.4В -Система IT трехфазного переменного тока - нулевой рабочий проводник N изолирован: 1 - заземлитель корпуса электроприямника; 2- открытые токопроводящие части; 3 - заземлитель изолированной нейтрали

ГОСТ Р 50669—94 реко­мендует использовать систему ТТ при проектировании и монтаже электроустановок зданий из металла (киосков, павильонов).

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью достаточны сечения заземляющих проводников 70 [мм²] для алюминия, 50 [мм²] для меди, 800 [мм²] для стали.

Система TТ переменного тока приведена на рисунке 10.5.

А L1 В L2 С L3 N Генератор 2     1 3   Рисунок 10.5-Система TТ переменного тока (нуль генератора глухо заземлен): 1 — заземлитель нейтрали генератора; 2 - открытые токопроводящие части 3 - заземлитель корпуса электроприямника

Минимальные сечения заземляющих проводников из условия механической прочности даны в таблице 10.2.

Таблица 10.2 - Минимальные сечения S [мм²] заземляющих проводников из условия механической прочности

Проводник	Площадь S [мм2] заземляющих проводников
Мель	Алюминий
Прокладка открытая – голый Изолированный Заземляющая жила кабеля или многожильного провода в общей оболочке с фазными жилами	1,5	2,5   1,5

Сечение стальных изолирующих проводников по меди определяют по таблице 10.3.

Таблица 10.3 - Сечение стальных изолирующих проводников по меди

Сечение S [мм2] меди	Сечение S [мм2] стали
1,5 ¸ 2	15 ´ 2
	15 ´ 3 20 ´ 4 30 ´ 4
12,5 17,25 ¸ 25 47,5 ¸ 50	40 ´ 4 60 ´ 5 80 ´ 8 100 ´ 8

Для воздушных сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходима проверка обеспечения мгновенного отключения линии при коротком замыкании между фазами и нулевым проводом. Величина тока короткого замыкания I_КЗ должна удовлетворять условиям:

I_КЗ > 3 I_ВСТ ; I_КЗ > 1,5 I_АВТ ; (10.1)

где I_ВСТ - номинальный ток плавкой вставки;

I_АВТ- максимальный ток отключения расцепителя.

Ток короткого замыкания I_КЗ определяют из соотношения:

; (10.2)

где Z_ПЕЬЛИ - полное сопротивление петли фаза – ноль [ Ом ];

Z_ТР-РА - полное сопротивление трансформатора [ Ом ] (учитывается только для трансформаторов со схемой соединение обмоток Y / Y₀); значение Z_ТР-РА приведены в таблице 10.4.

Таблица 10.4 - Полное сопротивление трансформатора Z_ТР-РА [ Ом ] со схемой соединение обмоток Y / Y₀, приведенное к обмотке 0,4 кВ

S ТР-РА[ кВА ]	ZТР-РА [ Ом ]
	0,97 0,72 0,31 0,17 0,12 0,08 0,05

Значение сопротивления грунтов приведены в таблице 10.5.

Таблица 10.5 – Удельное сопротивления грунтов r [ Ом × м ]