Разработка аккумулирующего электроводонагревателя электродного типа

Содержание



Введение

	Разработка технологической схемы нагревателя и краткое описание работы его основных узлов

	Расчёт мощности нагревателя и параметров электродов

	Определение расчётной мощности и тока потребителя

	Разработка схемы электроснабжения

	Выбор проводников питающей сети

	Выбор коммутационных и защитных аппаратов

	Проверка выбранных аппаратов защиты на отключающую способность и срабатывание по однофазному току короткого замыкания на землю

	Требования к автоматике управления ЭВН

	Выбор системы регулирования мощности установки

	Выбор элементов схемы управления, защиты, блокировки и сигнализации

	Описание работы схемы управления

	Программирование и настройка элементов схемы управления

	Расчёт и выбор элементов схемы управления ЭВН

	Расчёт местного освещения

	Расчёт удельного расхода электроэнергии на единицу продукции

Заключение

Литература




Введение



Графики нагрузки энергосистемы в нашей стране имеют весьма большие ночные провалы. Заполнение ночных провалов графиков нагрузки даёт возможность включения в это время наряду с другими теплоаккумулирующими приборами установки теплоаккумулирующих ёмкостных электроводонагревателей с оплатой электроэнергии по льготному ночному тарифу, значительно более дешёвому чем дневной. Разбор же горячей воды потребителем может вестись в любое время суток. Именно по этим вышеперечисленным причинам ёмкостные нагреватели получили широкое распространение.

Аккумулирующий водонагреватель имеет сосуд с усиленной теплоизоляцией, обеспечивающий долгое хранение нагретой воды, и устройство для регулирования или ограничения температуры воды. Емкость его обычно зависит от дневной потребности в горячей воде с температурой около 85°С.

Закрытый водонагреватель функционирует под давлением воды в водопроводе. Расход воды регулируется одним или несколькими вентилями в системе слива. Это позволяет обслуживать одним прибором несколько точек разбора. Прибор присоединяется к водопроводной сети через специальную защитно-регулировочную арматуру. Рабочим бакам закрытых водонагревателей придают большую прочность, так как они постоянно находятся под полным давлением водопроводной сети , которое может достигнуть 6*105 Па, а в отдельных случаях и 10*105 Па; при нагреве к этому давлению добавляется давление от расширения воды. Подача холодной воды в рабочий бак из водопроводной сети идёт напрямую, а регулирование расхода горячей воды находится на линии слива, на ней устанавливается вентиль горячей воды. При сливе горячей воды в бак из водопровода поступает такое же количество холодной воды.

Водонагреватели снабжаются термоограничителями, уствака которого значительно выше чем у терморегулятора. Термоограничитель срабатывает только при аварии терморегулятора, отключая нагревательные элементы.

Для обеспечения безопасности эксплуатации закрытых электроводонагревателей применяют предохранительную аппаратуру, например, на линии подвода холодной воды из водопровода монтируется предохранительный клапан, который в случае недопустимого большого повышения давления в рабочем баке уменьшает избыточное давление, спуская излишек воды через специальную воронку в канализацию.

Рабочий бак нагревателя представляет собой цилиндрический резервуар с выпуклым (или вогнутым) днищем и крышкой. Толщину стенок бака определяют расчётом на прочность с учётом испытательного давления воды.

Для установки приборов напольного типа на пол предусматриваются три-четыре ножки или специальное цилиндрическое основание. Лучший материал для рабочего бака – нержавеющая сталь – прочный коррозионно-стойкий материал, но применение её ограничено из-за дефицитности и дороговизны. Защитные покрытия повышают срок службы бака из обычной углеродистой стали. Широкое применение получило горячее или гальваническое цинкование внутренней поверхности стального бака.

В ёмкостных электронагревателях применяют в основном открытые нагревательные элементы, выполненные из проволоки высокого сопротивления, уложенные в керамическое основание, и закрытые (ТЭН). Реже в крупных промышленных нагревателях применяют электродные нагревательные элементы в которых ток, проходя через воду помещённую между двумя пластинами, нагревает её. Для равномерного распределения температуры воды внутри бака нагревательный элемент размещают в нижней его части: чем ниже расположен нагревательный элемент, тем лучше.

Кожух электроводонагревателя – его внешняя оболочка. Он служит для защиты теплоизоляции, электромонтажа нагревателей и терморегуляторов, для крепления на стене или установки на полу, а так же для придания прибору внешнего вида, соответствующего требованиям технической эстетики.

Теплоизоляция – это один из важнейших узлов теплоаккумулирующих электроводонагревателей. Для теплоизоляции используется пространство между рабочим баком и кожухом. Днище, как правило, не теплоизолируется. В качестве теплоизоляционных материалов обычно применяют пробку, минеральную вату, стекловолокно, пенопласт.

Электроводонагреватели снабжают терморегулирующими устройствами, которые подразделяются на следующие типы:

- терморегуляторы , которые при достижении заданной температуры воды отключают, а в последствии включают прибор снова;

- термоограничители, которые при достижении водой заданной температуры отключают электроэнергию. Повторное включение должно осуществляться вручную.

- Предохранительные термоограничители препятствующие увеличению температуры воды, например, в случае отказа терморегулятора.

Потребность в предохранительных термоограничителях, устанавливаемых вместе с терморегуляторами, объясняется возможностью возникновения аварийных ситуаций в результате выхода из строя терморегулятора.


1 Разработка технологической схемы нагревателя и краткое описание

работы его основных узлов



Корпус рассчитываемого аккумулирующего нагревателя представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд с двумя полусферами с его торцов. Корпус выполнен из нержавеющей стали, и конструктивно состоит из трёх частей, снабжённых фланцами, и соединённых между собой болтовыми соединениями через резиновую уплотнительную прокладку, для исключения течи в соединениях. Такая конструкция корпуса позволяет легко разбирать и собирать нагреватель для его очистки и доступа к внутренним элементам с целью их замены или ремонта. Подвод холодной воды от централизованной системы водоснабжения осуществляется через двухдюймовый водопроводный вентиль, сетчатый фильтр и предохранительный клапан с нижней стороны бака нагревателя. Фильтр необходим для очистки воды с целью предотвращения загрязнения нагревателя и преждевременного выхода его из строя. Предохранительный клапан предназначен для отвода избыточного количества воды из рабочего бака при её нагреве и закрытом вентиле холодной воды. Отвод горячей воды из нагревателя осуществляется из верхней его части, так как в процессе нагрева тёплая вода поднимается кверху. На отводе горячей воды установлен водопроводный вентиль. В самую нижнюю точку корпуса вварен отвод с дюймовым вентилем для осушения ёмкости в случае ремонта или плановой очистки нагревателя. Все отводы до ближайшего вентиля или клапана выполнены из труб из нержавеющей стали и вварены в корпус нагревателя. Блок пластинчатых электродов выполнен из нержавеющей стали и расположен в нижней части корпуса, так как более холодная вода собирается внизу. Пластины электродов в разрезе представляют собой равносторонний треугольник соединяются в звезду с нулевым проводом и подвешены на четырёх токоведущих стержнях из нержавеющей стали диаметром 20 мм. Для большей механической прочности и исключения возможности возникновения короткого замыкания, вследствие незначительной деформации токоведущих стержней, пластины соединены между собой болтовым соединением через изолирующие эбонитовые втулки и шайбы. Токоведущие стержни выходят и верхней части бака нагревателя, располагаются друг относительно друга в вершинах равностороннего треугольника с центром расположенным на продольной оси бака, изолированы от корпуса резиновыми конусами и являются вводами для подключения силового кабеля. Использование резиновых конусов позволяет не только электрически изолировать стержни от основного корпуса, но и предотвратить течь воды наружу вдоль стержней. Для защиты нагревателя от «сухого» хода и отключения питания при уровне воды в баке ниже установленного в верхней части корпуса предусмотрен датчик электродного типа, изолированный таким же способом как и силовые токоведущие стержни. Если уровень воды в баке опустится ниже нижнего конца электрода, сопротивление между электродом и корпусом резко возрастёт и схема управления снимет питание с нагревателя и подаст соответствующую сигнализацию. Для измерения температуры воды на среднем уровне боковой поверхности корпуса расположен датчик температуры, сигнал с которого поступает на схему управления нагревателем. Измерительным органом датчика температуры является чувствительный терморезистор, изменяющий своё сопротивление пропорциональную температуре среды в которой он расположен, в данном случае воды. Для большей надёжности системы выше датчика температуры расположено термореле, измерительным органом которого является биметаллическая пластина. Реле отстроено на замыкание контактов при температуре превышающей 90°С. В целях электробезопасности корпус нагревателя заземляется. В нормальном режиме эксплуатации нагревателя вентили горячей и холодной воды должны быть открыты для беспрепятственного выталкивания горячей воды обратно в систему водоснабжения в случае если вентили у непосредственного потребителя закрыты, а вентиль осушения закрыт. Клапан избыточного давления является не рабочим а аварийным. Величина уставки давления срабатывания для клапана выбирается в зависимости от давления в системе водоснабжения на уровне установки нагревателя. Для снижения тепловых потерь снаружи корпус электронагревателя теплоизолирован.



2 Вычисление мощности и тока нагревателя и параметров электродов



Вычисление объёма бака нагревателя.

В соответствии с исходными данными объём будет состоять из суммы объёмов цилиндра диаметром 1200мм и высотой 1750мм и сферы диаметром 1200мм:



=3.49 (м3)



Вычисление массы воды в нагревателе.

Плотность горячей воды равна γ = 990 кг/м3







Вычисление мощности нагревателя.







где:

C=4.2 кДж/кг°С – теплоёмкость воды;

tн=15 °С – начальная температура воды;

K=1.1 – коэффициент запаса;

η=0,75 – коэффициент полезного действия нагревателя;

τ=6 часов – время нагрева воды в нагревателе от начальной до конечной температур.

По условиям задания нагреватель обеспечивает нагрев воды в ночное время в целях экономии средств (в ночное время электроэнергия стоит дешевле) и выравнивания суточного графика нагрузки. Поэтому целесообразно выбрать время нагрева около 6-7 часов. В сокращении времени нагрева нет необходимости, так как это повлечёт за собой неоправданное увеличение мощности нагревательных элементов и потребляемого тока, а следовательно и увеличение стоимости всего силового оборудования (кабели, электрические коммутационные и защитные аппараты).

Выбор напряжения сети и вычисление линейного и фазного токов нагревателя.

Мощность рассчитываемого нагревателя составляет приблизительно 70кВт поэтому питаться он будет от трёхфазной сети переменного тока напряжением 380В. Использование сети для питания электроводонагревателя с напряжением выше 380В не допустимо из-за повышенной опасности поражения электрическим током, т.к. в нем тепло выделяется непосредственно в воду, которая сама является сопротивлением. Использование для питания электроводонагревателя сети с напряжением менее 220В не представляется возможным из-за больших токов.

Электроды нагревателя соединены по схеме звезда с нулевым проводом.







Вычисление фазного сопротивления.





Вычисление площади и линейных размеров электродов.

Расстояние λ между электродами примем равным 2см.

Удельное сопротивление хозяйственно-питьевой воды ρ=500 Ом*см.







Принимаем электроды квадратной формы со стороной







Для учёта снижения площади электрода при образовании накипи принимаем стороны электрода равными 24см.



3 Определение расчётной мощности и тока потребителя



Коэффициент использования установленной мощности для промышленных электроводонагревательных установок равен 0.6, а коэффициент мощности равен 1, тогда расчётная мощность установки будет чисто активной и сотавит:







Расчётный ток нагревателя:





4 Разработка схемы электроснабжения



Рассчитываемый нагреватель по надёжности электроснабжения относится к потребителям второй категории. Силовое питание электроводонагревательной установки согласно требованиям к питанию электропотребителей второй категории необходимо осуществлять от двухтрансформаторной цеховой подстанции.

В данном случае были выбраны два трансформатора типа ТМЗ-630, мощностью S=630 кВА, напряжением U = 10/0,4 кВ. При полной загрузке подстанции в нормальном режиме работают два трансформатора с коэффициентом загрузки Кз=0,7. При аварийном выходе из строя одной секции подстанции (шин, выключателей, трансформатор) вторая принимает на себя всю нагрузку и работает с коэффициентом загрузки Кз=1,4 , что допустимо на некоторое время, за которое необходимо уменьшить нагрузку на подстанцию. Если пропадает питание со стороны одного кабеля 10 кВ включается автоматический выключатель резерва.

При неполной загрузке подстанции одна секция отключается, а вторая обеспечивает работу потребителей (с целью уменьшения потерь подстанции), но при этом коэффициент загрузки работающего трансформатора не должен превышать единицы. При ее отказе нагрузка переключается на другую секцию. В режиме, когда работает один трансформатор, а второй отключен, при увеличении нагрузки выше номинала трансформатора подключается второй трансформатор и нагрузка распределяется между двумя секциями подстанции.

Линии, отходящая от шин подстанции к РУ защищены автоматическими выключателем (QF1 и QF2) с комбинированным расцепителем. Шины РУ соединяются через автоматический выключатель резерва (QF3). Линии, отходящая от РУ к РП длиной 10м, также защищены автоматическими выключателем с комбинированным расцепителем (QF4,QF5,QF8,QF9). Лини от РП до схемы управления нагревателем (ЭВН) и снабжена автоматическим выключателем QF6.



5 Выбор проводников питающей сети



Линия от шин цеховой подстанции до РУ.









По длительно допустимому току выбираем три кабеля с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией проложенных в воздухе марки АПВ 4х185 с длительно допустимым током 345 А.

Линии от РУ до РП и от РП до ЭВН.

Ток в линии с учётом 5% от мощности нагревателя на местное освещение и питание схемы управления.



Выбираем кабель АПВ 4х25 проложенный в воздухе с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией с длительно допустимым током 150 А.



6 Выбор коммутационных и защитных аппаратов



Для защиты линий от цеховой подстанции до станции управления электроводонагревателя выбираем автоматические выключатели с комбинированными расцепителями:

Линия от цеховой подстанции до РУ.

Так как Iтп = 958 А то использую выключатель из серии ВА 50.Выбираю ВА 55 – 41 на Iном = 1000 А – номинальный ток выключателя > 958А.

Этот выключатель работает при напряжении до 660 В переменного тока и частоте 50 или 60 Гц.

Он имеет повышенную коммутационную способность и полупроводниковый максимальный расцепитель.

2;3;5;7 – коэффициент отсечки

Приму коэффициент отсечки =7.

1,25 – кратность номинального тока расцепителя (Iном.р.) от номинального тока выключателя (Iном).

То есть номинальный ток расцепителя будет равен Iном.р. = 1.25Iном = 1250 А. При этом ток расцепителя должен быть больше расчетного тока то есть 1250 > 958 А

Линии от РУ до РП и от РП до ЭВН.

Так как I = 111 А то использую выключатель TeamBreak XS125NJ

на Iном = 125 А – номинальный ток выключателя > 111А.

Этот выключатель работает при напряжении до 660 В переменного тока и частоте 50 или 60 Гц.

Он имеет повышенную коммутационную способность и полупроводниковый максимальный расцепитель.

5;6;7.1;8.5;10 – коэффициенты отсечки выключателя.

Приму коэффициент отсечки =5.

0,63; 0,8; 1,0 – кратность номинального тока расцепителя (Iном.р.) от номинального тока выключателя (Iном).

Выбираем кратность =1.

То есть номинальный ток расцепителя будет равен номинальному току выключателя Iном.р. = Iном= 125А. При этом ток расцепителя должен быть больше расчетного тока то есть 125 > 111 А.

Максимальный ток отключения 30кА.

7 Проверка выбранных аппаратов защиты на отключающую способность и срабатывание по однофазному току короткого замыкания на землю



При расчете тока КЗ учитывают сопротивление линии 380В, сопротивление низковольтной стороны трансформатора. При этом напряжение на высокой стороне считают неизменным в течение всего времени протекания токов КЗ.

Согласно ПУЭ в электрических установках до 1000В с глухозаземленной нейтралью для обеспечения быстрого автоматического отключения аварийного участка сети ток КЗ на корпус или на нулевой провод должен превышать в три раза и более номинальный ток расцепителя АВ.

Согласно ПУЭ однофазный ток КЗ вычисляется по формуле:







где полное сопротивление петли рассчитывается по формуле:







Сопротивление участка кабельной линии от ТП до РУ.

Удельные сопротивления кабеля АПВ4х185:

R01=0.179 Ом/км; X01=0.07 Ом/км; длина линии L=10 м, тогда:

R1=L*R01=0.01*0.179=0.00179 Ом , но так как линия состоит из трёх параллельно проложенных кабелей то результирующее сопротивление уменьшиться в 3 раза:

R1=0.000597 Ом.

X1=L*X01=0.01*0.07=0.0007 Ом.

Сопротивления участков от РУ до РП и от РП до ЭУ.

Удельные сопротивления кабеля АПВ4х25:

R02=1.165 Ом/км; X02=0.07 Ом/км; суммарная длина линий L=16 м, тогда:



R2=L*R02=0.016*1.165=0.0186 Ом, X2=L*X02=0.016*0.07=0.00112 Ом.





Для трансформатора ТМ 630 10/0,4 Zтр = 0.13 Ом, тогда







Защита ЭВН выполнена автоматическим выключателем TeamBreak XS125NJ на номинальный ток 125А с токовой отсечкой на 725А при коэффициенте отсечки равном 5. В результате расчёта ток однофазного короткого замыкания на нулевой провод получился 2672А, что значительно превышает уставку токовой отсечки в 725А, следовательно выбранный выключатель обеспечивает отключающую способность.



8 Требования к автоматике управления ЭВН



Современные водонагревательные установки, как правило, работают без постоянного обслуживающего персонала, поэтому они должны быть оборудованы технологическими защитами, устройствами автоматизации и сигнализации при возникновении неноминальных режимов.

Электродная установка должна быть защищена автоматическими выключателями или другими устройствами отключающими установку при перегрузках и коротких замыканиях.

Системы автоматики и защиты должны быть быстродействующими, для предотвращения выхода из строя всей установки, а также для предотвращения несчастных случаев и травматизма у пользователей установки и обслуживающего персонала. Автоматика управления должна чётко регулировать потребляемую мощность для постоянного поддержания температуры воды в требуемом, как можно более узком диапазоне, и быстро реагировать на её изменение как в положительную так и отрицательную сторону с минимальной инерционностью. Для обеспечения всех этих качеств в настоящее время получили широкое распространение готовые регулирующие устройства на основе цифровой микропроцессорной техники, имеющие большую гибкость и высокую точность и вытеснили устройства с «жёсткой логикой» на дискретных элементах.



9 Выбор системы регулирования мощности установки



В настоящее время в регуляторах мощности потребителей переменного тока на силовых тиристорах или симисторах используются два основных метода: фазовый и по числу полупериодов. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

При фазовом методе в зависимости от требуемой величины потребляемой мощности меняется угол открытия тиристора или симистора, что обеспечивается системой импульсно-фазового управления (СИФУ). Фазовый метод используется для управления малоинерционными потребителями, быстро реагирующими на напряжение, а так же при управлении освещением – это его достоинства. Однако такой метод не может защитить питающую сеть от помех, высших гармоник и дополнительно загружает её реактивной мощностью, так как переключение силовых полупроводниковых элементов происходит не при нулевом значении сетевого напряжения – это недостаток фазового метода.





Метод управления по числу полупериодов позволяет значительно уменьшить уровень помех в электросети за счёт включения и отключения нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через нуль – это его преимущество. То есть какое-то количество периодов промышленной частоты прибор находится под питанием, а какое-то отключен от сети. Поэтому этот метод регулирования мощности применяется только для инерционных нагрузок – это его недостаток.





Так как рассчитываемый нагреватель имеет значительный объём (более 3м3) и является аккумулирующим то для регулирования его мощности целесообразно выбрать метод по числу полупериодов, потому что в данном случае его достоинства перекрывают его недостатки.

Для обеспечения такого метода регулирования мощности потребителя промышленностью выпускаются готовые блоки управления симисторами или тиристорами (БУСТ) на основе микропроцессорной техники.



10 Выбор элементов схемы управления, защиты, блокировки и сигнализации



Наиболее применяемым законом регулирования одних параметров системы в зависимости от изменения и состояния других на данный момент является пропорциональный закон (П-регулятор). То есть при вхождении измеряемого сигнала в зону пропорциональности, регулятор будет выдавать управляющий сигнал пропорциональный разности значения уставки и текущего значения. Для его реализации промышленностью выпускаются готовые терморегуляторы на базе микропроцессорной техники. Такие контроллеры имеют высокую точность и скорость обработки данных, удобный для пользователя интерфейс и минимальное количество знаний для их установки и эксплуатации.

Для схемы управления нагревателем будем использовать одноканальный измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ201-Щ1.И щитового исполнения с выходом управления – цифро-аналоговый преобразователь «параметр - ток 4 – 20 мА». Данный контроллер имеет универсальный вход для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности и др., осуществляет цифровую коррекцию и фильтрацию входного сигнала для снижения влияния помех, а так же встроенный интерфейс RS-485 для связи с ПК с целью контроля параметров измеряемого сигнала, конфигурирования прибора и управления нагрузкой. Устройство питается от сети переменного тока напряжением 90…245В, имеет габаритные размеры 96х96х70 и степень защиты корпуса IP54. Из стандартного ряда поддерживаемых выбранным контроллером термодатчиков разного принципа действия выбираем термосопротивление ТСМ50М W100=1.426 с диапазоном измеряемых температур - 50… +200°С.

Для управления нагрузкой через тиристорные ключи применим промышленно изготовляемый блок управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ). Он осуществляет автоматическое регулирование мощности активной нагрузки с помощью сигнала управления 4…20мА поступающего от регулятора. Имеет возможность фазового управления нагрузкой или по числу полупериодов. Защищает силовые тиристоры при возникновении аварийных ситуаций: короткое замыкание или превышения тока в нагрузке. Осуществляет плавный выход на заданный уровень мощности для предотвращения резких перегрузок питающей сети. Имеет встроенную светодиодную индикацию уровня мощности и возможность внешней блокировки управления нагрузкой. Работает с одно-, двух-, и трехфазной нагрузкой. Питается от сети переменного тока напряжением 220В.

Для резервирования выбранной контроллерной системы управления водонагревателем в случае выхода из строя термодатчика или терморегулятора, его расстройки или неправильного выбора уставки по вине обслуживающего персонала	применим регулируемое термореле ТУДЭ-9М1 с диапазоном рабочих температур +30…+100°С и биметаллической пластиной в качестве измерительного органа. Реле отстроено на срабатывание при температуре, превышающей 90°С.	



11 Описание работы схемы управления



При подаче питания через автомат на линию питающую ЭВН загорается неоновая лампа HL. При нажатии на кнопку «ВКЛ» S2 включается контактор КМ1 и подаёт питание на тиристорные ключи, которые в начальный момент времени закрыты, трансформатор, питающий цепь АЦП и схему защит от перегрева и «сухого» хода, блок управления тиристорами и терморегулятор ТРМ201. Если ёмкость нагревателя полностью заполнена водой, то, выпрямленный мостом VD1 отфильтрованный и выпрямленный 15ти вольтовым стабилизатором, ток через резистор R3 и сопротивление воды поступает на базу транзистора VT1 и открывает его, срабатывает реле КА2 и размыкает свои нормально замкнутые контакты. В зависимости от пропорционального температуре воды тока, протекающего в цепи термодатчика ТД1, и величины запрограммированной уставки на выходе 5 ЦАПа контроллера А2 формируется требуемый уровень аналогового сигнала, который поступает через ограничивающий резистор R5 на входы 14,15 разъёма Х1 блока управления тиристорами А2. Цепь АЦП питается от вторичной обмотки трансформатора Т1 через выпрямитель VD2 и стабилизатор напряжения (15В) DA2. В зависимости от величины входного тока управления БУСТ формирует в нужное время импульсы, подаваемые на управляющие входы тиристоров, VS1-VS6 собранных в три сборки из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, для их открытия на требуемое число полупериодов питающей сети. Чем больше управляющий ток от терморегулятора тем большее количество периодов от общего числа в 256 периодов ( для счёта периодов сети в БУСТе используется 8и разрядный двоичный счётчик) тиристорные сборки открыты и пропускают ток на нагрузку. Текущий уровень мощности в БУСТе отображается шкалой из 10 светодиодов с квантованием в 10%. RC-цепи R7-C5, R8-C6, R9-C7 необходимы для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений в сети.

При возникновении КЗ в нагрузке или увеличении потребляемого ей тока, уставка которого задаётся переменным резистором R6, выше нормы БУСТ отключает нагрузку, получая эту информацию от трансформаторов тока TA1-TA3 включенных в силовую цепь.

Если по каким-либо причинам уровень воды в нагревателе опустится ниже минимально допустимого, разорвётся электрическая цепь между электродом сухого хода и корпусом, закроется транзистор VT1 и реле КА2 отключится, замкнув свои нормально замкнутые контакты. Замыкание контакта КА2.1 пустит через ограничительный резистор R2 ток в цепи светодиода VD4, сигнализирующего о «сухом» ходе установки. Замыкание второго контакта КА2.2 в цепи блокировки БУСТа приведет к отключению нагрузки до тех пор пока емкость нагревателя снова не заполнится. Автоматический возврат к нормальному режиму работы без сброса в данной защите предусмотрен по той причине, что в сетях водоснабжения с нестабильным и низким давлением случай частичного осушения ёмкости нагревателя может иметь место и не является аварийным или опасным режимом.

В отличии от защиты снижения уровня, защита от перегрева носит «триггерный» характер, то есть при её срабатывании для возврата к нормальному режиму необходим только сброс системы, осуществляемый обслуживающим персоналом, так как наступление такого случая носит аварийный характер, в следствие отказа основной контроллерной системы управления, и повторное включение установки в работу без устранения причины неисправности является недопустимым. Если температура воды превысила 90°С, срабатывает термореле ТР1 и под напряжением оказывается сигнальная цепь со светодиодом VD3 и реле КА1, которое срабатывая, замыкает свой нормально разомкнутый контакт КА1.1 и блокирует само себя (в этом и заключается триггерный эффект защиты). Контакт КА1.2 в цепи блокировки БУСТа замыкаясь отключает нагрузку. Таким образом даже после размыкания контакта термореле ТР1 реле КА1 остаётся включенным. Единственным выходом из такого режима является отключение питания всей системы управления (кнопка «ВЫКЛ.» S1), когда на вторичной обмотке трансформатора Т1 питающего цепь реле КА1 пропадет напряжение.


12 Программирование и настройка элементов схемы управления



Для правильного функционирования системы в соответствии с заданными параметрами необходимо, следуя инструкциям в руководстве по эксплуатации, задать следующие переменные терморегулятора ТРМ201:

- в соответствии с выбранным термодатчиком параметру «in.t» в меню «Lvin.» присвоить значение «r426»;

- для отображения десятых долей градуса измеряемой температуры на дисплее, параметру «dPt» в меню «Lvin» присвоить значение «1»;

- ввиду большой инерционности системы для защиты измерительного тракта от единичных помех и повышения управляющей точности параметру «Fb» в меню «Lvin» присвоить значение «1», означающее, что изменение входной величины измеряемого сигнала прибор не может определять больше чем 1°С в секунду, а для экспоненциального сглаживания входного сигнала параметру «inF» присвоить значение «10»;

- для задания нижней и верхней границ изменения уставки (примем от 0 до 99°С)

В меню «LvoU» параметрам «SL.L» и «SL.H» присвоить соответственно значения «0» и «99»;

- для работы устройства в режиме П-регулятора нагревателя параметрам «dAC» и «СtL» в меню «LvoU» присвоить соответственно «0» и «HEAt»;

- при требуемой температуре горячей воды в 85°С обеспечим максимальную мощность нагревателя при нагреве воды от 0 до 75°С и пропорциональный закон регулирования при нагреве от 75°С до 85°С, при температуре выше 85°С – отключение питания нагревателя.





По выше приведённой выходной характеристике прибора работающего в режиме П-регулятора параметры уставки и зоны пропорциональности запрограммировать следующим образом: «SP» в меню «LvoP» присвоить «80», «XP» в меню «LvoU» присвоить «5»;

- для снятия мощности с установки при возникновении ошибки в терморегуляторе параметру «oEr» в меню «LvoU» присвоить значение «oFF».

Остальные параметры оставить запрограммированными по умолчанию.

Для работы БУСТа в выбранном ранее режиме и в соответствии с принципиальной схемой установить следующие перемычки:

- S1 для управления по числу полупериодов;

- S2 для работы устройства контроля тока защитного отключения;

- S3 – нормальный режим работы (при снятой осуществляется регулирование уровня тока защитного отключения);

- S4 для работы фазы В;

- S5 для работы фазы С;

- S6 для управления сигналом 4…20мА.



13 Расчёт и выбор элементов схемы управления ЭВН



Выбор трансформаторов тока.

Максимально допустимый преобразованный трансформатором ток нагрузки на входах контроля БУСТа составляет 2А, следовательно в нормальном режиме работы на полной мощности вторичный ток трансформатором должен быть не больше одного ампера. Для стандартных трансформаторов с коэффициентом трансформации N/5, где N-ток первичной обмотки, диапазон допустимых значений N определяется следующим образом:

Nmin=5*Iном; Nmax=10*Iном, тогда при токе в линии 105.6А

Nmin=5*105.6=528(A); Nmax=10*105.6=1056(А). Следовательно из стандартного ряда трансформаторов тока выбираем трансформаторы 800/5А

Выбор силовых тиристоров.

Для встречно-параллельного включения тиристоров выбираем их по следующим параметрам:

- среднее значение тока через тиристор



 < Iт.ном.



- прямое напряжение на тиристоре



< Uт.пр



- обратное напряжение на тиристоре



 < Uт.обр



Выбираем тиристоры Т-141-80 с номинальным током 80А, которые устанавливаем на радиаторы для лучшего охлаждения.



14 Расчёт местного освещения



Для расчёта осветительной установки зададимся следующими величинами:

- размеры помещения AxBxH=7x7x5 м;

- освещённость Ен=60 лк;

- коэффициенты отражения света от потолка, стен, расчётной поверхности площади ρп=0,3 ρс=0,1 ρр=0,1;

- высота подвеса светильников hсв=0,5 м.

Вычисление индекса помещения:







где hр=H-hсв=5-0.5=4.5 (м).

Для вычисленного индекса помещения и коэффициентов отражения по таблице коэффициент использования осветительной установки будет Иоу=0.2.

Разместим светильники следующим образом:







Определение светового потока одного светильника:






где

kз – коэффициент запаса ОУ;

Z – коэффициент неравномерности освещения;

n – количество светильников.

Выбираем лампы накаливания ЛН200 со световым потоком Фсв=2800 лм и мощностью 200 Вт при напряжении 220В.

Установленная мощность осветительной установки:

Pуст=n*Pсв=9*200=1800 (Вт).



15 Удельный расход электроэнергии на единицу продукции



Так как рассчитываемый электроводонагреватель по условиям задания работает в ночное время суток по льготным тарифам, то стоимость одного киловатта электрической энергии в расчёте будет С=12 коп/кВт*ч.

Удельной единицей продукции в данном случае будет 1м3 горячей воды с конечной температурой 85°С. При мощности нагревателя в 69.5кВт весь бак объёмом 3.49 м3 нагревается за 6 часов тогда 1м3 при той же мощности нагреется за время



Для чего потребуется 1.72*69.5=119.5 кВт*ч электрической энергии что в переводе на деньги составит Ц=119.5*0.12=14.3 (грн/м3).




Заключение



В ходе данного курсового проекта была проделана работа по разработке аккумулирующего электроводонагревателя электродного типа. Был принят ряд новых принципиальных технических решений по разработке технологической схемы установки, внедрению современной быстродействующей автоматической системы управления с высокой степенью защиты от аварийных режимов. Так же были закреплены и уточнены теоретические знания многих разделов. Существенное подтверждение проведенной работы имеет тот факт, что в процессе проектирования было проработано много различной литературы и справочного материала.

Данный курсовой проект является одной из важнейших ступеней по подготовке специалистов по специальности “Электрические системы электропотребления”.




Литература



1.Костров Е.П.:“Пособие по курсовому проектированию” , по дисциплине ПТЭ.

2. “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок и потребителей.” Москва , Атомиздат , 1972.

3. “Тиристоры”. Справочник. Москва, Радио и связь. 1990.

4. “Блок управления тиристорами и симисторами”. Руководство по эксплуатации.

5. “Измеритель-регулятор одноканальный ТРМ201”. Руководство по эксплуатации.

6. Афанасьев В.В. “Трансформаторы тока”. Москва 1989г.

7. Конспект лекций