Электрооборудование насосной станции HydroStart 2 CR 10-12. Разработка варианта конструктивного исполнения электропривода

Введение

Насосные установки широко применяются на электромашиностроительных предприятиях для перекачивания жидких сред, а также технологической и охлаждающей воды. Сюда относятся насосы для перекачки охлаждающей эмульсии в металлообработке, насосы в системе водоснабжения и канализации, специальные насосы для химических сред в гальванических цехах, насосы для пропиточных составов, лакокрасочных материалов и т.п.
Наиболее широкое распространение получили установки с центробежными насосами. В спиральном корпусе насоса помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку, центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разряжение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение, и центробежный насос имеет равномерный ход.
Современная мощная насосная станция представляет собой сложное техническое сооружение. В качестве основных двигателей насосов используются электрические, мощность которых исчисляется в тысячах киловатт. В наши дни работают насосные станции с электродвигателями насосных агрегатов мощностью 10 000 кВт и выше. Для электроснабжения таких станций используются напряжения 6, 10, 35 кВ и более. Основными двигателями служат синхронный и асинхронные двигатели высокого напряжения. Для работы и пуска их применяется различное электротехническое оборудование: мощные высоковольтные выключатели, разъединители, реакторы, автотрансформаторы, средства релейной защиты и сигнализации, контрольно- измерительные приборы; широко внедряется автоматика. Для электроснабжения подобных станций часто строят линии электропередач, трансформаторные подстанции и т.д.



1. Характеристика насосной станции
1.1 Назначение насосной станции, классификация помещений по надёжности электроснабжения
Насосная станция HydroStart 2 CR 10-12 применяется для повышения давления в системе водоснабжения здания. Станция построена на вертикальных многоступенчатых насосах Grundfos CR, которые подключены к внешнему преобразователю частоты. Станция управляется в автоматическом режиме при помощи шкафа управления, который осуществляет управление и коммутацию насосов, диспетчеризацию и индикацию аварии каждого насоса.
Потребители электроэнергии по надёжности относятся ко 2 и 3 категории.
Основными потребителями являются мощные автоматизированные насосные агрегаты.
Исходные данные: номинальное напряжение Uн = 380В;
плотность перекачиваемой жидкости ρ = 1000кг/м3;
производительность насоса Q = 0,065м3/с;
номинальный напор насоса Н = 70,6 м;
КПД насоса η н=0,95
1.2 Электрооборудование насосной станции, его назначение
На насосной станции установлено следующее оборудование:
Электродвигатели задвижек - предназначены для автоматического открывания и закрывания задвижек перекрывающих воду;
Насосные агрегаты - предназначены для повышения давления воды в здании;
Щит сигнализации - предназначен для контроля за работой оборудования и подачи сигнала.
Число вспомогательных наосов зависит от числа основных насосов станции, их мощности, объёма здания и других условий. Кроме основных, предусмотрены и резервные насосы того же назначения.
Основные двигатели приводов HydroStart 2 CR 10-12 насосов - асинхронные короткозамкнутые. Как правило, они работают при напряжении 380 В. Это напряжение является достаточным, так как мощности электродвигателей и расстояние между местом их установки и трансформатором собственных нужд невелико.
Электродвигатели и насосы поставляются комплектно. Таким образом соответствие параметров двигателя и наосов обеспечивается заводом-поставщиком.
Электропривод для задвижек (электродвигательный или соленоидный) наиболее распространен, он позволяет осуществлять дистанционное или автоматическое управление ими. При определении создаваемой им нагрузки необходимо исходить из одновременно потребляемой мощности, которая зависит от технологического режима работы станции.
Освещение насосной станции, как и обычных помещений, осуществляется с помощью светильников с лампами накаливания при напряжении 220 В. Качество освещения должно обеспечивать возможность правильного и безопасного обслуживания агрегатов. Переносное освещение допускается только при напряжении 12 В. Для наружного освещения применяются светильники с лампами накаливания, ртутными лампами высокого давления или прожекторами заливающего света. Мощность, необходимая для внутреннего освещения, применяется равной 8-10 ВТ/м2, а для наружного- 0,12 Вт/м2.
Отопление и вентиляция насосной станции предназначены для создания нормальных условий эксплуатации насосной станции и сохранности её оборудования. В её помещениях должны поддерживаться соответствующие температура и влажность воздуха. Перепад температур между внутренним и наружным воздухом в машинном зале станции с постоянно присутствующим персоналом не должен превышать 5о С, а на автоматизированных станциях, периодически обслуживаемых персоналом - 10о С. По рекомендации Гидроводхоза при охлаждении воздуха в машинном зале станции за расчётную надо принимать среднюю температуру самого жаркого месяца в районе сооружения станции измеряемую в 13 ч. Источниками тепла на насосной станции являются работающие двигатели, токоведущие части (провода, шины, кабели), нагретые стены здания и т.д. Источниками дополнительного тепла служат электронагреватели отопительные.
1.1 Особенности электропитания электрооборудования насосной станции
Насосная станция использует электрическую энергию для питания приводов главных насосов и потребителей собственных нужд. К потребителям собственных нужд относятся двигателя грязевых, дренажных и пожарных насосов, маслонапорных установок, щитов затворов, устройств освещения станции и прилегающей территории, механические мастерские, потребители пристанционного посёлка и т.д.
В зависимости от установленной мощности различают четыре вида насосных станций: малой мощности (до 200 кВт); средней мощности (201-1000 кВт); большой мощности (1001-10000 кВт); крупной мощности (более 10000 кВт). Как потребители электроэнергии в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» насосные станции по требовании к бесперебойности электроснабжения могут быть разделены на три категории.
HydroStart 2 CR 10-12 насосные станции могут быть отнесены к третьей категории.


Мощность на валу насоса Рнас (кВт) или мощность, отдаваемая насосу ведущим двигателем при непосредственном соединении, определяется по следующей формуле [1]:
Мощность двигателя насоса Рдв, кВт, определяется по формуле:
(1)
где ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3 ;
g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
Q - производительность насоса, м3/с;
Н – номинальный напор насоса, м;
ηн - КПД насоса, принимаемый: для поршневых насосов - 0,7…0,9; для центробежных
насосов - 0,4…0,75;
Кз - коэффициент запаса, рекомендуется принимать Кз= 1,1…1,3;
Рдв = 48,809 кВт
В качестве ведущих двигателей выбираем асинхронные электродвигатели типа 5АМ280S8e со следующими каталожными данными таблица 1:
Обозначение на схеме Марка
двигателя Р, кВт Iн,
А ,
% cos  Кп n об/мин
5АМ280S8e 55 108 93,6 0,83 5,9 740

1.2 Выбор электромагнитных реле
Реле напряжения выбирается по напряжению, рабочему току, току срабатывания, с учетом типа и количества контактов.
Предварительно намечаем тип реле с учетом напряжения. У Вас реле напряжения на 380В (из схемы, подключаются на линейное напряжение силовой цепи)
По схеме видно, что у каждого реле используется один замыкающий контакт
Выбираем реле типа РН54/400 на переменный ток:
сопротивление обмотки Rоб = 24000Ом, рабочее напряжение U = 380В, напряжение срабатывания U ср = 280В [22]
Определяем ток срабатывания по формуле:
I_ср=U_"ср" /R_об (2)
I_ср=280/24000=0,012А
Определяем рабочий ток по формуле:
(3)

Проверяем на надежность срабатывания, то есть определяем коэффициент запаса
Определяем коэффициент запаса:
(4)

Для надежного срабатывания реле коэффициент запаса не должен быть меньше 1,2. Результаты выбора сводим в таблицу 2.
Реле защиты от повторного автоматического запуска при кратковременном обесточивании схемы К1 выбирается аналогично, результаты сведены в таблицу
Таблица 2. – Результаты выбора реле
Позиционное обозначение Тип Uн, В Uср, В Rоб, Ом Роб, В×А Исполнительные контакты
КV1 РН54/320 400 280 24000 1 1 замыкающий,
1 размыкающий
КV2 РН54/320 400 280 24000 1 1 замыкающий,
1 размыкающий
КV3 РН54/320 400 280 24000 1 1 замыкающий,
1 размыкающий
КV4 РН54/320 400 280 24000 1 1 замыкающий,
1 размыкающий
К1 РП 21 220 – 6330 8,75 1 замыкающий

Выбираем реле времени. Согласно схеме реле, должно иметь 1 нормально разомкнутый контакт, поэтому выбираем реле времени РСВ – 01 – 1, технические данные которого определяем по каталогу. Результаты выбора реле времени заносим в таблицу.
Таблица 3. – Результаты выбора реле времени