5-2Osnovy AvtomatykiDP-Методичні вказівки до проведення практичних робіт з дисципліни Основи автоматики денна повна

Міністерство освіти і науки україни
Дніпропетровський державний аграрнО-ЕКОНОМІЧНИЙ університет

КАФЕДРА МЕХАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ У ТВАРИННИЦТВІ













МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
ДО ПРАКТИЧНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ

“Основи автоматики і автоматизації виробничих процесів”



















Дніпропетровськ – 2016
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни “Основи автоматики і автоматизації виробничих процесів”.
Приведені зміст і методика виконання практичних робіт, вказані основні теоретичні положення до кожної з практичної роботи містять основні матеріали з питань вибору, розрахунку та застосування технічних засобів. Розкриті основні схемні рішення вмикання тих чи інших технічних засобів. Для самоперевірки складені контрольні запитання. Вказана література.
Матеріал викладено згідно типової та робочої навчальних програм з дисципліни “Основи автоматики і автоматизації виробничих процесів” для студентів денної форми навчання факультету водогосподарської інженерії та екології за напрямом підготовки 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)”.




Укладачі:

Старший викладач О.С. Курасова



Рецензенти:

кандидат технічних наук, доцент О.С. Гаврильченко







Розглянуто на засіданні кафедри "Механізація виробничих процесів у тваринництві" (протокол № 1 від 30.08.2016р.) і ухвалено науково-методичною радою факультету водогосподарської інженерії та екології (протокол № 1 від 31.08.2016р.).
Зміст

1. Вступ 4
Інструктаж з техніки безпеки в лабораторії №333 з дисципліни “Основи автоматики і автоматизації виробничих процесів” 5
2. Практична робота №1. Розрахунок захисного заземлення електро-установок.
3. Практична робота №2. Розрахунок блискавкозахисту.
4. Практична робота №3. Вивчення апаратури керування та захисту електрообладнання.
5. Практична робота №4. Розрахунок та вибір пуско-захисної апаратури.
6. Практична робота №5. Вивчення електричних проводів та кабелів.
7. Практична робота №6. Вивчення блокувальних зв’язків у схемах автоматичного керування електроприводами.
8. Практична робота №7. Вивчення автоматизованої насосної станції «КАСКАД».
9. Література 52

Вступ

Сучасне сільськогосподарське виробництво не уявляють без надійної електрифікованої та автоматизованої техніки. Складні технологічні процеси вирощування, зберігання та переробки сільськогосподарської продукції виконують більш точно та якісно, з меншими енерговитратами із застосуванням сучасного автоматизованого обладнання. Наявність у складі такого обладнання мікропроцесорів та робота з мікроЕОМ дозволяє значно розширити його функціональні можливості.
Тому завданням вивчення дисципліни є ознайомлення студентів з технологічними основами автоматизації сільськогосподарських виробничих процесів в галузях гідромеліорації та механізації сільського господарства, технічними засобами автоматизації технологічних процесів сільськогосподарського виробництва, включаючи засоби дискретної автоматики та мікропроцесорної техніки, принципами розробки та функціонування автоматизованих систем управління технологічних процесів, будову, принцип дії, параметри та характеристики електрообладнання стаціонарної і мобільної електрифікованої сільськогосподарської техніки.
В результаті вивчення необхідно оволодіти основами інженерних розрахунків параметрів і характеристик технічних засобів автоматизації сільськогосподарського призначення, технічними прийомами економного використання традиційних і відновлювальних джерел електроенергії, вміти вибирати електродвигуни, електротехнологічні установки, апарати керування і захисту та засоби автоматизації з урахуванням вимог технологічних процесів, умов навколишнього середовища та особливостей систем електропостачання, самостійно орієнтуватися в електричних схемах автоматизації технологічних ліній з виробництва, переробки та зберігання сільськогосподарської продукції.
Саме на лабораторних заняттях із застосуванням вимірювальної апаратури та спеціального обладнання формуються необхідні знання, вміння та навички з питань технічних засобів автоматизації у сільському господарстві та його невід
·ємній частині – гідромеліорації. І саме лабораторний експеримент дає найкраще засвоєння навчального матеріалу.
Інструктаж з техніки безпеки в лабораторії №333

Мета роботи - вивчення правил техніки безпеки, ознайомлення з робочими місцями лабораторії та правилами безпечного виконання робіт. Тренування по діям у ситуаціях при виникненні потерпілого. Надання першої медичної допомоги потерпілому.
Вивчення вимірювальної апаратури робочих місць лабораторії.
Вивчення заземлення та занулення у електроустановках.

Прилади та обладнання:
1) Шафа керування електроживлення робочих місць лабораторії зі звуковою та світловою сигналізаціями.
2) Універсальні лабораторні стенди з блоками БП 4822-2 – 6 шт.
3) Амперметри : =50 мкА, = 750 мкА, =10 мА, =300 мА, 13 EMBED Equation.3 1415 300 мА, 13 EMBED Equation.3 14151А.
4) Вольтметри : =3 В, =15 В, =50 В, 13 EMBED Equation.3 141550 В, 13 EMBED Equation.3 1415150 В, 13 EMBED Equation.3 1415250 В, 13 EMBED Equation.3 1415600 В.
5) Комбінований прилад Ц4352.
6) Люксметр Ф-102.
7) Набір плат.
8) Магазини опорів та реостати.
9) З’єднувальні провідники.
10) Контур заземлення.

Основні теоретичні положення:
Починати вивчення лабораторного курсу предмету необхідно з отримання Інструктажу з техніки безпеки, на якому слід вивчити правила безпечного виконання робіт, ознайомитися з робочими місцями лабораторії, правилами безпечного виконання робіт, апаратурою електроживлення лабораторії та способами вмикання/вимикання електроживлення обладнання, в тому числі аварійним вимиканням електроживлення. Також слід розглянути порядок та правила надання першої медичної допомоги потерпілому. На закріплення вивченого матеріалу слід відпрацювати порядок дій у аварійних ситуаціях, в т.ч. при виникненні потерпілого.
Вивчення вимірювальної апаратури робочих місць лабораторії дає можливість більш точно та якісно з високою продуктивністю отримувати дані експериментів. Універсальні лабораторні стенди з блоками БП 4822-2 являють собою спеціально оснащені стенди у вигляді парт з розташованими на них блоками живлення та роз’ємами для збирання дослідних схем. Блоки БП 4822-2 забезпечують наступні можливості:
режими «Пуск» та «Стоп» подачі напруги на робочі місця з блокуванням у випадку зникання напруги та її появи та зі світловою сигналізацією;
подачу на дослідні схеми нерегульованих напруг 13 EMBED Equation.3 14153-х фазної напруги 220 В 50 Гц, 13 EMBED Equation.3 1415220 В, 13 EMBED Equation.3 1415127 В;
подачу на дослідні схеми регульованих напруг 13 EMBED Equation.3 14150250 В, 13 EMBED Equation.3 1415(=) 06,3 В, 13 EMBED Equation.3 1415(=) 030 В, = 0120 В, =0250 В;
на спеціально підготовлених платах виконувати надійне та якісне з’єднання елементів.
До вимірювальної апаратури слід віднести вольтметри (мілівольтметри) постійного та змінного струму, амперметри (міліамперметри, мікроамперметри) постійного та змінного струму, вимірювачі опору (омметри, кілоомметри, мегомметри), люксметри, а також прилади, що поєднують у собі декілька функціональних можливостей (наприклад, Ц4352).
Заземлення та занулення у електроустановках. Електроустановки у сільськогосподарському виробництві працюють у досить несприятливих умовах (атмосферний вплив, значний вміст агресивних газів, пари, пилу, підвищена вологість, вібрації тощо), які негативно впливають на стан ізоляції. У таких умовах зростає вірогідність появи на корпусах машин, трансформаторів, генераторів та інших електричних апаратів та приладів потенціалу, що являє собою велику небезпеку для обслуговуючого персоналу. Для забезпечення безпеки людей та тварин необхідно виконувати заземлюючі пристрої, до яких слід надійно підключати металеві частини електроустановок та корпуси електрообладнання, що можуть опинитись під напругою у випадку порушення ізоляції.
Захисне заземлення – надійний засіб зниження потенціалу на корпусах та металевих неструмопровідних частинах до безпечного значення. Робоче заземлення – це заземлення нейтралів генераторів, трансформаторів, фази при використанні землі в якості робочого проводу і т.п. Заземлення блискавкозахисту служить для відводу у землю струму блискавки від розрядників та блискавковідводів. Заземлювачем називають металевий провідник (стержень, шина і т.п.), електрично з’єднуючий деталь електроустановки, що заземлюється, з землею. Заземлюючий пристрій (контур) складається з ряду заземлювачів, електрично поєднаних між собою металевою смужкою, дротом, стрічкою і т.п. Напругою доторкання називають напругу між двома точками тіла людини, однією з яких вона доторкається до частини електроустановки, що знаходиться під напругою, а іншою – до землі.
Зануленням називають навмисне електричне з’єднання металевих частин, що нормально не знаходяться під напругою, з глухозаземленою нейтраллю джерела живлення шляхом нульових захисних провідників. Це не потребує передбачати допоміжне заземлення занулених елементів електроустановок. А нульовий дріт може мати повторні заземлення. Будь-яке замикання струмоведучих частин на занулені частини перетворюється таким чином у однофазне коротке замикання, що призводить до відключення аварійної дільниці мережі.
Порядок виконання роботи:
Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, з інструкцією з техніки безпеки в лабораторії №333, теоретичними матеріалами, підготувати звіт.
Вивчити правила техніки безпеки, ознайомитися з робочими місцями лабораторії та правилами безпечного виконання робіт.
Потренуватися по діям у ситуаціях при виникненні потерпілого, з надання першої медичної допомоги потерпілому.
Вивчення вимірювальної апаратури робочих місць лабораторії. Розглянути вимірювальну апаратуру робочих місць лабораторії, її характеристики, склад та застосування для проведення робіт.
Вивчення заземлення та занулення у електроустановках. Розглянути заземлення та занулення робочих місць лабораторії. Візуально оглянути стан заземлення та занулення робочих місць лабораторії.
Після закінчення роботи прибрати робоче місце, повернути інструкції до виконання робіт, роздатковий матеріал та інструменти керівнику робіт.
Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи. Дайте відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання:
Поясніть основні правила техніки безпеки та правила безпечного виконання робіт.
Поясніть характеристику вимірювальної апаратури робочих місць лабораторії.
З якою метою виконують заземлення та занулення у електроустановках?
Як практично виконують заземлення та занулення у електроустановках?

Література: [9], с.456-494.
Завдання на самостійну підготовку: вивчити теорію, підготувати звіт.



Практична робота № 1.
РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ

Мета роботи: Практично навчитися і вміти провести розрахунок заземлюючого пристрою.
План:
Принцип роботи захисного заземлення електроустановок.
Вимоги щодо заземлюючих пристроїв.
3. Розрахунок захисного заземлення методом коефіцієнтів використання заземлюючих пристроїв.
Основні теоретичні положення:

Металеві неструмоведучі частини електрообладнання і електроустановок при порушенні ізоляції між ними і їхніми струмоведучими частинами можуть опинитись під напругою. У таких аварійних умовах дотик до неструмоведучих частин установок рівнозначний дотику до струмоведучих частин. Усунення небезпеки ураження електричним струмом при такому переході напруги на неструмоведучі частини електроустановок у мережах з ізольованою нейтраллю здійснюється за допомогою захисного заземлення (рис. 1)

Рисунок 1 – Принцип дії захисного заземлення

Під захисним заземленням розуміють з'єднання металевих неструмоведучих частин електроустановок з землею через заземлюючі провідники і заземлювачі для створення між цими частинами і землею малого опору. При виникненні замикання на корпус електроспоживача із фаз мережі через заземлюючий пристрій починає протікати струм І3 (струм замикання на землю), викликаний наявністю опорів ізоляції фаз мережі Rфз і ємностей фаз відносно землі Сфз.
Частина цього струму Іh відгалужується на тіло людини, яка торкається металевих неструмоведучих частин електроустановки. Величина цього струму залежить від величини струму замикання на землю I3, опору розтікання струму в землі заземлюючого пристрою R3, повного опору в колі «людина-земля» Rch, взаємного розташування електрообладнання, заземлюючого пристрою, яке враховується коефіцієнтом напруги дотику
·
· 1 і визначається за формулою

Іh = Із*R з*
· / Rch. (1)

Повний опір у колі «людина-земля» складається із опору людини Rh, опору взуття Rвз і опору розтікання струму від підошви взуття в землю Rпз і визначається за формулою
Rch = Rh + Rвз + Rпз. (2)

Якщо людина не має спеціального діелектричного взуття і стоїть на струмопровідній підлозі або землі, то можна вважати, що Rвз = 0, Rпз = 0 і Rch = Rh.
Коефіцієнт напруги дотику
· = 0, якщо людина стоїть на заземлюючому провіднику або безпосередньо на поверхні грунту над заземлювачем (електрообладнання і заземлюючий пристрій розташовані на одній площі - сумісне заземлення); і
· = 1, якщо людина стоїть за зоною розтікання струму в землі заземлюючого пристрою, тобто на відстані більше 20 метрів від крайнього заземлювача заземлюючого пристрою (електрообладнання розташоване за зоною розтікання заземлюючого пристрою - виносне заземлення). При всіх інших рівних умовах величина струму Іh буде меншою при меншій величині R3. За рахунок наявного захисного заземлення струм замикання пере-розподіляється між заземлюючим пристроєм та тілом людини обернено пропорційно їх опорів. Оскільки опір тіла людини у сотні разів перевищує величину опору розтікання струму заземлюючого пристрою, то через тіло людини, що доторкнулася до пошкодженого заземленого обладнання, буде протікати струм, що не перевищує гранично допустимого значення (10 мА), а основна частина струму буде утікати через заземлюючий контур.
На величину опору заземлювачів в основному впливає верхній шар ґрунту на глибині 20-25 м, тому для розрахунків та виконання заземлень необхідно знати його питомий опір. Залежно від складу ґрунту (чорнозем, пісок, глина тощо), розмірів та щільності прилягання частинок ґрунту, вологості та температури, наявності розчинних хімічних речовин питомий опір ґрунтів змінюється у дуже широких межах. Найбільш важливими факторами, що впливають на величину питомого опору грунту є вологість та температура. Протягом року зі зміною атмосферних та кліматичних умов вміст вологи у ґрунті та його температура змінюються, що викликає зміни питомого опору ґрунту. Найбільш суттєві коливання питомого опору грунту спостерігають у верхніх шарах (влітку – висихання, взимку – промерзання).
Розрахункове значення питомого опору грунту
·рз визначають за формулою


·рз =
·вим *К; (3)

де
·вим – виміряний питомий опір грунту, Ом*м.

Величину питомого опору ґрунту визначають шляхом вимірювань у місці влаштування заземлення з урахуванням коефіцієнтів вологості, наведених у таблиці 1:
К1-1 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає мінімальному значенню (грунт вогкий, перед вимірюванням було багато опадів);
К1-2 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає середньому значенню (грунт середньовогкий, перед вимірюванням опади були, але у невеликій кількості);
К1-3 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає максимальному значенню (грунт вогкий, перед вимірюванням було мало опадів).

Таблиця 1. Коефіцієнти вологості для визначення питомого опору ґрунту
Заземлювачі
Глибина закладання, м
Поправочні коефіцієнти



К1-1
К1-2
К1-3

Горизонтальні
0,5
0,8
6,5
3
5
2
4,5
1,6

Заглиблені вертикальні (труби, кутники, стержні)
0,8 (верхній кінець заземлювача)
3 (нижній кінець заземлювача)
2
1,5
1,4

У деяких випадках з метою оцінки питомого опору ґрунту можна користуватися середніми величинами питомого опору ґрунту, наведеними у таблиці 2. Проте далі слід перерахувати опір заземлення, виконавши контрольні виміри. Тоді розрахункову величиною питомого опору приймають


·рз = 1,75*
·сер; (4)

де
·сер – середнє значення, вказане у таблиці 2.

Вихідними даними для розрахунку є:
- допустимий опір розтікання струму в грунті заземлюючого пристрою (вимоги ПУЕ) R3 норм, (табл. 3);
- питомий опір ґрунту в місці спорудження заземлювача (
·з =
·сер (за даними табл. 2)), Ом*м;
Таблиця 2
Значення питомого опору різних ґрунтів

Грунт
Питомий опір ґрунту
·, Ом*м
Грунт
Питомий опір ґрунту
·, Ом*м


Граничні межі
·

·сер

Граничні межі
·

·сер

Торф
1030
25
Пісок
1001000
700

Чорнозем
10200
200
Супісок
150400
300

Глина
8100
60
Кварц

15000

Суглинок
40300
100
Пористий вапняк

180

Граніт
700106
1100
Щільний вапняк
100104
3000


- тип заземлювача і його конструктивні розміри (труба, кутникова сталь, угвинчувана кругла сталь);
- конструкція заземлюючого пристрою (заземлювачі розташовані в ряд чи по периметру).
Таблиця 3
Допустиме значення опору захисного заземлення в електротехнічних установках

Характеристика установок
Найбільший допустимий
опір заземлення, Ом

Установки напругою живлення понад 1000 В

Захисне заземлення в установках з великими струмами замикання на землю (І3 > 500 А)
0,5

Захисне заземлення в установках з малими струмами замикання на землю (І3 < 500 А):
заземлюючий пристрій одночасно використовується для установок напругою до 1000 В
заземлюючий пристрій використовується тільки для установок напругою вище 1000 В


125/І3
· 10

250/І3
· 10

Установки напругою живлення до 1000 В

Захисне заземлення всіх установок
4

Розрахунок захисного заземлення здійснюється методом коефіцієнтів використання електродів при однорідній структурі ґрунту для розрахунку простих заземлюючих пристроїв; у випадку складної двошарової структури ґрунту та складних заземлювачів застосовують метод наведених потенціалів.
Нижче наведений порядок розрахунку заземлюючих пристроїв в однорідному грунті за методом коефіцієнтів використання електродів.
Мета розрахунку захисного заземлення - визначення кількості електродів заземлення і заземлюючих провідників, їх розміри і схеми розміщення в ґрунті, при яких опір заземлюючого пристрою розтіканню струму або напруга дотику при замиканні фази на заземлені частини електроустановок не перевищує допустимі значення.

Послідовність розрахунку за методом коефіцієнтів використання електродів.

1) Визначають розрахунковий питомий опір ґрунту
·рз


·рз = ф*
·з; (5)

де ф - коефіцієнт сезонності, який враховує можливі коливання питомого опору ґрунту при зміні вологості ґрунту протягом року. Значення ф визначається за таблицею 4;

·3 =
·сер (за даними табл. 2), Ом*м.

Таблиця 4
Характеристики кліматичних районів, наближені значення поправочних коефіцієнтів ф до величини
·3
Характеристика районів і види заземлювачів, які застосовуються
Райони

Середня багаторічна нижча температура, °С
-20-15
-14-10
-100
0+5

Середня багаторічна вища температура, °С
1518
1822
2224
2426

Тривалість замерзання вод, днів
190170
150
100
0

Види заземлювачів і поправочні коефіцієнти ф до величини р3

Стержневі заземлювачі (кутникова сталь, труби) довжиною 2-3 м при глибині закладання від вершини 0,5-0,8 м
1,65
1,45
1,3
1,1

Заземлювачі великої довжини (полоса, кругла сталь), довжиною 10 м при глибині закладання 0,8 м
5,5
3,5
2,5
1,5


2) Визначають опір розтікання струму в грунті одного вертикального електроду, заглибленого h (рис. 2) від поверхні землі за формулою

13 EMBED Equation.3 1415* [ln (2l/d) + (1/2)ln((4t+l)/(4t-l))]; (6)

де Rв - опір розтікання струму в грунті вертикального електроду, Ом;

·рз - розрахунковий питомий опір грунту, Ом*м;
l - довжина вертикального електроду, м;
d - діаметр вертикального електроду (для кутникової сталі d = 0,95b), м;
b - ширина полки кутника, м;
t - відстань від поверхні ґрунту до середини вертикального електроду, м;
h - глибина розташування вертикального електроду в ґрунті, м;
t - відстань від поверхні ґрунту до середини вертикального електроду, м.




Рисунок 2 - Схема розташування вертикального електроду в ґрунті

3) Визначають орієнтовну кількість вертикальних електродів n*

n* = Rв / Rз.норм. (7)

4) Визначають з табл. 5 або табл. 6 коефіцієнт використання вертикальних електродів
·в, який враховує ефект екранування при вибраному значенні К=f/l, де f - відстань між вертикальними електродами, м; l - довжина вертикального електроду, м (К може бути вибране рівним 1, 2 або 3).

5) Визначають кількість вертикальних електродів n з урахуванням
·в за формулою

n = Rв / (Rз.норм *
·в). (8)

6) Знаходять довжину горизонтальної шини L, яка з'єднує вертикальні електроди, за формулами
L = f (n - 1) - розташованих лінійно, м;

L = f * n - розташованих по контуру, м. (9)

7) Визначають опір горизонтальної шини Rг, прокладеної на глибині h від поверхні грунту, за формулою
13 EMBED Equation.3 1415* ln (2L2 / (b * h)); (10)

де Rг - опір розтікання струму в землі горизонтальної шини, Ом;
L - довжина горизонтальної шини, м;
b - ширина полосової сталі, з якої виготовлено горизонтальну шину;
h - глибина розташування горизонтальної шини в грунті, м.

8) Обчислюють загальний опір заземлюючого пристрою за формулою

Rз = Rв * Rг / (n * Rг *
·в + Rв *
·г); (11)

де Rз - загальний опір заземлюючого пристрою, Ом;

·г - коефіцієнт використання горизонтальної шини, визначають з табл. 7 або табл. 8.

Таблиця 5
Коефіцієнт використання вертикальних електродів
·в з кутової сталі або труб, розміщених лінійно (без урахування впливу горизонтальної шини)

Кількість електродів
Відношення відстані між електродами до довжини електрода К


1
2
3

2
0,84 0,87
0,90 0,92
0,93 0,95

3
0,76 0,80
0,85 0,88
0,90 0,92

5
0,67 0,72
0,79 0,83
0,85 0,88

10
0,56 0,62
0,72 0,77
0,79 0,83

15
0,51 0,56
0,66 0,73
0,76 0,80

20
0,47 0,50
0,65 0,70
0,74 0,79



Таблиця 6
Коефіцієнт використання вертикальних електродів
·в з кутової сталі або труб, розміщених по контуру (без урахування впливу горизонтальної шини)
Кількість електродів
Відношення відстані між електродами до довжини електрода К


1
2
3

2
0,80 0,83
0,86 0,89
0,92
0,89 0,92
0,95

3
0,72 0,77
0,81 0,84
0,88
0,86 0,89
0,92

5
0,63 0,68
0,79 0,83
0,83
0,85 0,88
0,88

10
0,50 0,62
0,67 0,72
0,77
0,72 0,83
0,83

15
0,47 0,52
0,63 0,70
0,73
0,73 0,77
-0,8

20
0,45 0,48
0,60 0,67
-0,7
0,70 0,73
0,79


Таблиця 7
Коефіцієнт використання горизонтальної шини
·г, яка з'єднує вертикальні електроди при їх розташуванні лінійно
Відношення відстані між електродами до довжини електрода К
Число електродів у ряді


4
10
20
30

1
0,77
0,62
0,42
0,31

2
0,80
0,75
0,56
0,46

3
0,92
0,82
0,68
0,58


Таблиця 8
Коефіцієнти використання горизонтальної шини
·г, яка з'єднує вертикальні електроди при їх розташуванні по контуру
Відношення відстані між електродами до довжини електрода К
Число електродів у контурі


4
10
20
30
50
70

1
0,45
0,34
0,27
0,24
0,21
0,20

2
0,55
0,40
0,32
0,30
0,28
0,26

3
0,70
0,56
0,45
0,41
0,37
0,35


9) Порівнюють отримане значення опору штучного заземлення з допустимим значенням опору захисного заземлення за ПУЕ


· Rз.норм. (12)
Вимоги до виконання заземлення.
Електроди забивають в грунт так, щоб верхній кінець був на 0,51,5 м нижче від поверхні землі. Чим глибше заземлювач в ґрунті, тим менше змінюється опір при сезонних змінах (промерзанні взимку і висиханні ґрунту влітку). Слід широко використовувати природні заземлювачі: водопровідні труби, металеві оболонки кабелю (окрім алюмінієвих), обсадні труби артезіанського колодязя тощо. Якщо опір природного заземлення Rпр більший від розрахункового Rр , то треба додати штучне заземлення, опір якого Rш визначається з виразу

Rш = Rр* Rпр /( Rпр - Rр). (13)

Кожен елемент установки, який заземлюється, приєднують до заземлення або до заземлюючої магістралі окремим провідником. Заземлюючими провідниками при відкритому прокладенні можуть бути голі мідні провідники перерізом не менше 6 мм2. Для ізольованих мідних провідників переріз повинен становити не менше 1,5 мм2.

Контрольні запитання

В чому полягає захисна дія заземлення?
Наведіть область застосування захисного заземлення.
Що таке коефіцієнт сезонності? Коефіцієнт використання.
Поясніть розрахунок захисного заземлення?
Які основні вимоги щодо заземлення передбачені в ПУЕ?

Теми рефератів

Вимірювання питомого опору землі і опору заземлення, його перевірка.
Вимоги до проектування захисного заземлення. Використання природних заземлювачів.
Конструкції заземлюючих пристроїв.

Рекомендована література

Долин П.А. Основи техники безопасности в электроустановках. - М., 1984.
Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е, перераб.и доп.-М., 1987.
Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование: Справочник / С.В, Белов и др. - М., 1989.
А.В. Луковников, П.И. Милько. Охрана труда. – М., Агропромиздат, 1990.
Л.Г. Прищеп. Учебник сельского електрика. – М., Колос, 1984.
А.І. Чміль, М.Т. Лут, В.М. Мурзіков. Електробезпека у сільському господарстві. Методичний посібник. – К., Урожай, 1988.
В.Н. Черкасов. Молниезащита сооружений в сельской местности. – М., Россельхозиздат, 1983.
Электротехнический справочник (в трех томах) Том 1. Под ред. проф. Герасимова и др. – М., Энергия, 1980.



Практична робота № 2.
РОЗРАХУНОК БЛИСКАВКОЗАХИСНИХ ПРИСТРОЇВ.
Мети роботи: ознайомлення з конструкцією блискавкозахисних пристроїв і вивчення методики їх розрахунку.

План роботи:
1 Будова та принцип дії блискавкозахисних пристроїв.
2 Методика розрахунку блискавкозахисту.

Основні теоретичні положення:
1 Природне явище виникнення атмосферної електрики і пов'язаного з ним утворення іскрових розрядів - блискавок представляє небезпеку для техно- і біосфер.
При ураженні наземних об'єктів блискавка може спричинити загибель людей і тварин, пошкодження і руйнування будинків і споруд, призвести до вибухів і пожеж. Мінімізувати негативні наслідки грозової діяльності дозволяє правильно організований комплекс заходів улаштування блискавкозахисту.
В даній практичній роботі розглядається улаштування захисту об'єктів і споруд від прямих ударів блискавки, тобто від первинного впливу. Наведені методи розрахунку стержневого блискавкозахисту об'єктів висотою до 150 м. Питання захисту від вторинних впливів, так само як тросовий та сітчастий блискавкозахисти, в роботі не розглядаються. При потребі більш повного ознайомлення з улаштуванням блискавкозахисту слід звернутись до РД 34.21.122-87 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений».
Небезпечна дія блискавки
Блискавка являє собою електричний розряд у повітрі довжиною в декілька кілометрів. Цей розряд відбувається між хмарами, всередині хмари або між хмарою і землею чи наземною спорудою. Починається процес розвитку блискавки з утворення і ступеневого просування іскрового розряду - лідера. Довжина ступені лідера 20-100 м, паузи між ступенями 50-100 мкс. Коли головка лідера досягає землі, від землі до хмари по іонізованому каналу відбувається головний розряд. Струм цього розряду може досягати 100 кА і більше. При одному ударі блискавки часто спостерігається декілька (до 20) розрядів з паузами 0,01 - 0,05 с. Повторні розряди можна спостерігати - блискавка «миготить».
Вплив блискавки на техно- і біосфери прийнято поділяти на дві основні групи: первинні, що викликані прямим ударом блискавки, і вторинні, індуковані близькими її розрядами або занесені в об'єкт металевими комунікаціями. Небезпека прямого попадання і вторинних впливів для приміщень і споруд, а також людей і тварин, що знаходяться в них, визначається, з одного боку, параметрами розряду блискавки, з другого - технологічними і конструктивними характеристиками об'єкта (наявність вибухо- або пожежонебезпечних зон, вогнестійкістю будівельних конструкцій, а також розташу-ванням і розмірами комунікацій, що підводяться до будинків і споруд, їх розведенням всередині об'єкту і т.п.).
Прямий удар блискавки викликає такі дії на об'єкт:
- електричні, що пов'язані з ураженням людей і тварин електричним струмом і виникненням перенапруг на елементах, які уражені блискавкою і по яких її струм відводиться у землю. При відсутності блискавкозахисту шляхи розтікання струму блискавки неконтрольовані і її удар може створити небезпеку ураження струмом, небезпечні напруги кроку і дотику, перекриття на інші об'єкти;
- термічні, що спричиняються різким виділенням теплоти на шляхах протікання струму через уражений об'єкт. Енергія, що виділяється у каналі блискавки, визначається зарядом, який переноситься, тривалістю спалаху і амплітудою струму блискавки; у 95 % випадків розрядів блискавки ця енергія (у розрахунку на опір 1 Ом) перевищує 5,5 Дж, вона на два-три порядки перевищує мінімальну енергію спалаху більшості газо-, паро- і пилоповітряних сумішей, які використовуються у промисловості. Отже, в таких середо-вищах контакт з каналом блискавки завжди створює небезпеку загоряння або вибуху; те саме відноситься до випадків протоплення каналом блискавки корпусів вибухо-небезпечних зовнішніх установок. При протіканні струму блискавки по тонких провідниках утворюється небезпека їх розтоплення і розриву;
- механічні, зумовлені ударною хвилею, що розповсюджується від каналу блискавки, і електродинамічними силами, які діють на провідники зі струмами блискавки. Контакт з каналом блискавки може спричинити різке паро- або газоутворення у деяких матеріалах з наступним їх механічним руйнуванням. Дерев'яні конструкції можуть бути повністю зруйновані, а цегляні труби та інші наземні споруди з каміння або цегли можуть мати значні пошкодження. При ударах блискавки у залізобетонні опори трапляються випадки сколу бетону. Відомі факти, коли після удару блискавки у залізобетонні плити утворювались отвори і була деформована сталева арматура. Значна енергія, що виділя-ється у каналі розряду, може спричинити руйнування, які призведуть або до зниження механічної міцності бетону, або до деформації конструкції. Електродинамічні сили можуть, наприклад, призвести до сплющення тонких металевих трубок.
До вторинних проявів блискавки відносять явища, що виникають поблизу розряду блискавки і викликані дією електромагнітного поля, що індукується навколо каналу блискавки. Прийнято таке поле поділяти на дві складові: електромагнітну і електро-статичну, а відповідні дії - електромагнітну і електростатичну індукцію.
Електромагнітна індукція пов'язана з утворенням у металевих контурах ЕРС, яка пропорційна крутизні струму блискавки і площі, що охоплюється контуром. Комунікації в сучасних виробничих будинках можуть утворювати контури, що охоплюють великі площі, і наведені у них ЕРС можуть сягати десятків кіловольт. У місцях наближення металевих конструкцій, у місцях розривів незамкнених контурів створюється небезпека перекриттів та іскріння з можливим розсіюванням енергії біля десятих долей джоуля.
Електростатична індукція проявляється у вигляді перенапруг, які утворюються на металевих конструкціях об'єкта, а їх величина залежить від струму блискавки, відстані від місця удару і опору заземлювача. При відсутності необхідного заземлювача перенапруги можуть досягати сотень кіловольт і утворювати небезпеку ураження людей і перекриттів між різними частинами об'єкта.
Ще одним видом небезпечного впливу блискавки є занесення високого потенціалу по комунікаціях, які заходять у приміщення (дроти повітряних ліній електропередач, кабелі, трубопроводи). Він являє собою перенапругу, що утворюється на комунікаціях при прямих або наближених потрапляннях блискавки, яка розповсюджується у вигляді хвилі, що набігає на об'єкт. Небезпека створюється за рахунок можливих перекриттів з комунікацій на заземлені частини об'єкту. Підземні комунікації також небезпечні, тому що вони можуть сприйняти на себе частину струму блискавки, що потрапляє в грунт, і занести її на об'єкт.
Блискавкозахист - це комплекс заходів, спрямованих на запобігання прямого удару блискавки в об'єкт або на усунення небезпечних наслідків, пов'язаних з прямим ударом; до такого комплексу відносяться також засоби захисту, що оберігають об'єкт від вторинних впливів блискавки і занесення високого потенціалу.
Різноманітність технологічних процесів, режимів роботи виробничого устаткування, а також вибухові і пожежні властивості матеріалів, що в цих процесах використовуються, створюють неоднакові умови вибухопожежонебезпеки у виробничих приміщеннях і зовнішніх установках. Рівень вибухопожежонебезпеки технологічних процесів визначається у відповідності з класифікацією, що наведена у «Правилах улаштування електроустаткування» (ПУЕ). Ця класифікація є визначальною при вирішенні питання влаштування блискавкозахисту (поз. 2. табл. 1).
Таблиця 1
Класифікація будинків і споруд за улаштуванням блискавкозахисту
та необхідності його виконання


п/п
Будинки і споруди
Місце
Розташування
Тип зони
Категорія

1
Будинки і споруди або їх частини, приміщення яких згідно ПУЕ відносяться до зон класів В-І і В-ІІ
На всій території країни
Зона А
І

2
Те саме класів В-Іа, В-Іб і В-ІІа
В місцевостях з середньою тривалістю грози
10 год/рік і більше
При очікуваній кількості уражень блискавкою на рік:
N>1 - зона А
N<1 - зона Б
II

3
Зовнішні установки, які утворюють згідно з ПУЕ зону класу В-Іг, наприклад, технологічні установки та відкриті склади, в яких утримуються горючі гази або ЛЗР, зливоналивочні естакади, очисні споруди і т. п.
На всій території країни
Зона Б
II

4
Будинки і споруди або їх частини, приміщення яких згідно з ПУЕ відносяться до зон класів
П-І, П-ІІ і П-Ііа
В місцевостях з середньою тривалістю грози
20 год/рік і більше
Для будинків і споруд І і II ступеней вогнестійкості
при 0,1III-V ступеней
при 0,02при N>2 - зона А
III

5
Зовнішні установки і відкриті склади,
які утворюють згідно з ПУЕ зону
класу П-III
В місцевостях з середньою тривалістю грози
20 год/рік і більше
При 0,1при N > 2 - зона А
IIІ

6
Будинки і споруди III, IIIа, IIIб, IV, V ступеней вогнестійкості, в яких відсутні приміщення, що відносяться згідно з ПУЕ до зон вибухо- і пожежонебезпечних класів
Те саме
При 0,1< N < 2 - зона Б,
при N > 2 - зона А
III

7
Будинки обчислювальних центрів, в тому числі, що розташовані в міській забудові
В місцевостях з середньою тривалістю грози
20 год/рік і більше
Зона Б
II

8
Димові та інші труби підприємств і котелень, башти і вишки всіх призначень заввишки 15 м і більше
В місцевостях з середньою тривалістю грози
10 год/рік і більше
-
III


Ще одним визначальним чинником є рівень грозової активності у місці розташування споруди. Формування грозової хмарності і, як наслідок, грозова активність залежить від кліматичних умов і рельєфу місцевості. Тому грозова активність над різними ділянками земної поверхні неоднакова. Для розрахунку блискавкозахисних пристроїв необхідно мати конкретне значення, що характеризує грозову діяльність у даному регіоні. Такою величиною є інтенсивність грозової діяльності, яку прийнято визначати кількістю грозових годин протягом року. Вона визначається як середньоарифметичне значення за декілька років спостережень для певної місцевості земної поверхні. Середньорічна тривалість грози в окремих регіонах і промислових центрах визначається з карти (див. РД 34.21.122-87, рис. 3) або за даними метеорологічних станцій, найближчих до даного регіону.
Наведемо значення середньорічної тривалості грози для деяких міст України:
Сімферополь - 40...60 год;
Дніпропетровськ, Київ, Львів, Одеса - 50...80 год;
Донецьк, Запоріжжя, Ужгород - 80...100 год.
Інтенсивність грозової активності у даному регіоні земної поверхні визначають також кількістю ударів блискавки за рік, що припадає на 1 км2 земної поверхні - n. Середня кількість уражень блискавкою 1 км2 земної поверхні за рік приймається в залежності від середньорічної тривалості грози і наведена у таблиці 2
Таблиця 2
Інтенсивність грозової діяльності

Середньорічна тривалість грози, год
Питома густина ударів блискавки
у землю n, ударів/км2 за рік

10-20
1

20-40
2

40-60
4

60-80
5,5

80-100
7

100 і більше
8,5


Очікувана кількість ударів блискавки за рік для будинків і споруд прямокутної форми визначається за формулою

N = [(S + 6h) * (L + 6h) - 7,7h2] * n * 10-6; (1)

- для зосереджених об'єктів (башт, вишок, димових труб)
N = 9
· * h2 * n * 10-6; (2)

де h - найбільша висота будинку або споруди, м;
S, L - відповідно ширина і довжина будинку або споруди, м;
n - середньорічна кількість ударів блискавки на 1 км2 земної поверхні (питома густина ударів блискавки у землю) в районі розташування будинку або споруди (табл. 2).

Для будинків і споруд складної конфігурації при розрахунку N значення S і L розглядають як ширину і довжину найменшого прямокутника, в який можна вписати будинок або споруду у плані.
В залежності від параметрів, що характеризують грозову активність у районі розташування об'єкту, визначаються такі важливі показники блискавкозахисту (табл. 1), як:
категорія блискавкозахисту;
тип зони захисту.
Блискавкозахист поділяється на три категорії - І, II і III. Об'єкти, які належать до І і II категорій, захищають від прямих ударів блискавок, вторинних її проявів і занесення високого потенціалу через наземні (надземні) і підземні металеві комунікації. Будинки і споруди, віднесені за улаштуванням блискавкозахисту до III категорії, повинні бути захищені від прямих ударів і занесення високого потенціалу через наземні (надземні) металеві комунікації
Зовнішні пристрої, що належать за улаштуванням блискавкозахисту до II категорії, захищають від прямих ударів блискавок і вторинних впливів, а віднесені до III категорії - тільки від прямих ударів.
Найбільш небезпечним з усіх впливів блискавки з точки зору ураження будинків і споруд є прямий удар. Багаторічні спостереження і дані свідчать про те, що переважна більшість пожеж і руйнувань при грозових розрядах викликані саме прямими ударами блискавки. Тому при улаштуванні блискавкозахисту будь-якої категорії має бути виконаний захист від прямих ударів блискавки. Існує три види такого захисту - стержневий, тросовий і сітчастий. В даній лабораторній роботі розглядається тільки стержневий блискавкозахист і тільки від прямих ударів блискавки. Інші питання блискавкозахисту (тросовий, сітчастий блискавкозахисти, а також захист від вторинних проявів розглядаються в РД 34.21.122-87 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений»).
2 Конструктивне виконання і розрахунок стержневого блискавковідводу
Блискавковідвід - пристрій, що сприймає удар блискавки і відводить його струм у землю.
Блискавковідводи складаються з опори; блискавкоприймача, який безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідводу, по якому струм блискавки передається у землю; заземлювача, який забезпечує розтікання струму блискавки у землі.
Захисна дія блискавковідводу грунтується на явищі вибіркового ураження блискавкою високих об'єктів. Висота над поверхнею землі, при якій лідер починає орієнтуватись за напрямком до найбільш високого наземного об'єкта, називається висотою орієнтування блискавки. Якщо головка лідера на висоті орієнтування знаходиться у точці, що розташована неподалік від блискавкоприймача, то розряд влучить саме у нього. Лідер ніби «відчуває» блискавковідвід і починає орієнтуватись на нього, тобто блискавковідвід «збирає» на себе блискавки з певної площі неба. При цьому простір навколо нього майже не уражується, тобто стає захищеним. Цей простір називається зоною захисту блискавковідводу.
Зона захисту блискавковідводу - простір, всередині якого будинок або споруда захищені від прямих ударів блискавки з надійністю не менше визначеного значення. Зона захисту типу А має ступінь надійності 99,5 % і вище, а типу Б – 95 %.
Блискавкозахист об'єктів може здійснюватись одним або декількома блискавко-відводами. У разі використання декількох - за рахунок їхньої взаємодії утворюється спільна зона захисту.
Блискавковідводи можуть виконуватись як окремостоячі конструкції, або встанов-люватись на будівлях чи спорудах.
Зони захисту блискавковідводів
Зона захисту одинарного стержневого блискавковідводу - це конус висотою h0 (рис. 1). Параметри зони захисту наведені у табл. 3. За розмір hх приймається висота найвищої точки будинку або споруди.
Зона захисту двостержневого блискавковідводу однакової висоти при h < 150 м зображена на рис. 2. Вона має дві торцеві області і внутрішню область. Габарити торцевих областей визначаються за наведеними вище формулами (табл. 3) як зони одинарних стержневих блискавковідводів.
Габаритні розміри внутрішньої області зони захисту визначають за формулами табл. 4.

Таблиця 3
Габарити торцевих областей

Зона А
Зона Б


0,85 h
0,92 h


(1,1 - 0,002 h) h
1,5 h

rx
(1,1 - 0,002 h)(h - hх/0,85)
1,5 (h - hх / 0,92)








Рис. 1. Зона захисту одинарного стержневого блискавковідводу:
1 - межа зони захисту на рівні hx;
2 - межа зони захисту на рівні грунту







Рис. 2. Зона захисту подвійного стержневого блискавковідводу
1 - межа зони захисту на рівні hx; 2 - межа зони захисту на рівні грунту

Таблиця 4
Габаритні розміри внутрішньої області зони захисту

Зона А
Зона Б

L
· h
hc
13 EMBED Equation.2 1415 hо



rcx
13 EMBED Equation.2 1415



rc
ro

h < L
· 2h
hc
13 EMBED Equation.2 1415
13 EMBED Equation.2 1415


rcx
13 EMBED Equation.2 1415
13 EMBED Equation.2 1415


rc

-ьх
)/ ь
с

2h < L
· 4h
hc
13 EMBED Equation.2 1415
13 EMBED Equation.2 1415


rcx
13 EMBED Equation.2 1415
13 EMBED Equation.2 1415


rc
13 EMBED Equation.2 1415


4h < L
· 6h
hc
Блискавковідводи
слід розглядати як одинарні
13 EMBED Equation.2 1415


rcx

13 EMBED Equation.2 1415


rc



При відстані між стержневими блискавковідводами L > 6h для побудови зони Б блискавковідводи слід розглядати як одинарні.

Зона захисту двостержневого блискавковідводу різної висоти при h1 і h2 < 150 м зображена на рис. 3


Рис. 3. Зона захисту двох стержневих блискавковідводів різної висоти
1 - межа зони захисту на рівні hx; 2 - межа зони захисту на рівні грунту

Габаритні розміри торцевих областей зон захисту h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 визначаються за формулами табл. 3 як для зон захисту обох типів одинарного стержневого блискавко-відводу. Габаритні розміри внутрішніх областей зони захисту визначають за формулами табл. 5, де значення hс1, hс2 розраховуються за формулами для hс (табл. 4).

Таблиця 5
Габаритні розміри внутрішніх областей зон захисту
13 EMBED Equation.2 1415

13 EMBED Equation.2 1415

13 EMBED Equation.2 1415








Для двох блискавковідводів різної висоти побудова зони А виконується при L
· 4hmіn, а зони Б - при L
· 4hmin. При більших відстанях між блискавковідводами, вони розглядаються як одинарні.
Зона захисту багатократного стержневого блискавковідводу (рис. 4) визначається як зона захисту попарно взятих сусідніх стержневих блискавковідводів. Основною умовою захищеності однієї чи групи споруд заввишки hх з надійністю, яка відповідає зонам захисту А і Б, є виконання нерівності rcx>0 для всіх попарно взятих блискавковідводів. В іншому випадку побудова зон захисту повинна бути виконана як для одинарних чи подвійних блискавковідводів.



Рисунок 4 - Зона захисту багатократного стержневого блискавковідводу

Послідовність розрахунку блискавковідводу
Проектування пристроїв блискавкозахисту будинків і споруд рекомендується виконувати в такій послідовності:
1 Визначення інтенсивності грозової діяльності (середньорічної тривалості грози, год); питомої густини ударів блискавки в землю п, ударів/км2 на рік; очікуваної кількості ударів блискавки в об'єкт протягом року N.
2 Визначення класу пожежо- і вибухонебезпеки за ПУЕ і ступені вогнестійкості будинків і споруд.
3 Визначення типу зони захисту і категорії пристроїв блискавкозахисту.
4 Вибір типу блискавковідводу (групи блискавковідводів) і його розташування на території споруди або на самій споруді.
5 Розрахунок і побудова на кресленні зон блискавкозахисту будівлі (споруди).
Рішення оформлюють графічно в необхідному масштабі в пояснювальній записці і виносять на аркуш генплану.

Контрольні запитання
1 Що таке блискавкозахист?
2 Які вимоги ставляться до влаштування блискавковідводів?
3 Як встановлюється категорія блискавкозахисту?
4 Який вид зони захисту для одинарного блискавкоприймача?
5 Як розрахувати висоту одинарного стержневого блискавковідводу?
6 Яка послідовність розрахунку блискавкозахисту?

Теми рефератів
1 Класифікація підприємств та будівель за вибухопожежонебезпекою у відпо-відності до ПУЕ.
2 Влаштування блискавкозахисту.
3 Конструкції блискавковідводів.
4 Захист від занесення високих потенціалів та вторинних проявів блискавки.

Бібліографічний список
1 П.А. Долин. Основи техники безопасности в электроустановках. - М., 1984.
2 Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е, перераб.и доп.-М., 1987.
3 Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование: Справочник / С.В. Белов и др. - М., 1989.
4 А.В. Луковников, П.И. Милько. Охрана труда. – М., Агропромиздат, 1990.
5 Л.Г. Прищеп. Учебник сельского електрика. – М., Колос, 1984.
6 А.І. Чміль, М.Т. Лут, В.М. Мурзіков. Електробезпека у сільському господарстві. Методичний посібник. – К., Урожай, 1988.
7 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87.

Практична робота № 3.
Вивчення апаратури керування та захисту
Мета роботи: Ознайомитись з апаратурою керування та захисту електроприводів.
План:
1. Вивчення пристроїв керування електроприводом.
2. Вивчення пристроїв захисту електроприводів.

Автоматичне керування електроприводами
Керування електроприводом це комплекс дій, які забезпечують пуск, зупинку, гальмування, реверсування, регулювання і стабілізацію швидкості, здійснення заданого режиму роботи привода, сигналізацію про стан окремих його ланок, захист від ненормальних режимів роботи і аварій тощо. Залежно від участі в цих діях людини (оператора) розрізняють два способи керування: неавтоматичне (ручне) та автоматичне.
Неавтоматичним (ручним) називають керування, при якому оператор бере безпосередню участь як у створенні початкового керуючого імпульсу, так і в усіх наступних операціях по керуванню електроприводом (наприклад, комутація електричних кіл привода за допомогою рубильників і перемикачів, пакетних вимикачів і перемикачів та інших апаратів ручного керування).
Автоматичним вважають таке керування, при якому основні операції керування здійснюються без участі оператора. Його роль зводиться лише до подачі команд і контролю за їх виконанням. Часто і самі ці команди подаються різними автоматичними пристроями.
Автоматичне керування електроприводами дає можливість підвищити продуктивність робочих машин, зменшити витрати електроенергії на виробництво одиниці сільськогосподарської продукції, значно знизити затрати і підвищити продуктивність праці обслуговуючого персоналу. При автоматичному керуванні створюються найсприятливіші умови для контролю за ходом технологічного процесу і забезпечення оптимального режиму роботи обладнання.
Під системою автоматичного керування електропривода розуміють сукупність механічних, електромеханічних, напівпровідникових та інших елементів, за допомогою яких здійснюється керування. Система автоматичного керування може бути розімкненою або замкненою.
Розімкненою називають таку систему автоматичного керування, при якій із зміною збурюючої дії (наприклад, навантаження на валу двигуна) змінюється раніше заданий режим роботи електропривода і відновлення цього режиму без втручання оператора неможливе.
Замкненою називають систему автоматичного керування, при якій із зміною збурюючої дії заданий режим роботи електропривода не змінюється. Заданий режим підтримується керуючими діями, що створюються за допомогою засобів зворотного зв'язку.
У сільськогосподарському виробництві в основному використовують розімкнені системи.
Принципи автоматичного керування електроприводами. В умовах сільськогосподарського виробництва здебільшого автоматизують керування пуском і гальмування асинхронних електродвигунів.
При пуску і гальмуванні з часом змінюються значення струмів у колах статора і ротора, обертаючий момент, швидкість обертання та інші параметри двигуна. Підтримувати величину цих параметрів в заданих межах можна відповідним перемиканням електричних кіл, зміною опору пускових і гальмівних резисторів, регулюванням напруги та іншими способами. Керування пуском і гальмуванням асинхронних двигунів переважно здійснюється у функції часу, струму або швидкості.
Керування функції часу полягає в тому, що перемикання електричних кіл, зміну опору пускових і гальмівних резисторів, підвищення або зниження напруги здійснюється в певний час, коли параметри двигуна(струм, момент, швидкість та інші) досягають заданих значень. Час контролюється за допомогою реле часу з відповідними видержками часу. Керування у функції часу можливе для усіх типів двигунів і на практиці найбільш поширене.
Керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції часу (рис.1.) здійснюють так. Натисканням на кнопку «Пуск» SB2 подають напругу на котушку лінійного контактора КМ1. Він спрацьовує і своїми головними замикачами контактами вмикає обмотку статора двигуна в електричну мережу, а допоміжним замикаючим контактом закорочує кнопку SB2 і подає напругу на котушку реле часу КТ1. Двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1R6. Реле часу КТ1 спрацьовує і своїм замикаючим контактом з видержкою часу подає напругу на котушки контактора прискорення КМ2 та реле часу КТ2, внаслідок чого вони спрацьовують. При спрацюванні контактора КМ2 замикаються його головні замикаючі контактори і закорочують перший ступінь блока резисторів R1R3. Двигун продовжує розганятися при зменшеному опорі роторного кола. При спрацюванні реле КТ2 з видержкою часу подається напруга на котушку контактора КМ3 на саможивлення, а допоміжним розмикаючим контактом розмикає кола котушок контактора КМ2 та реле КТ1 і КТ2, позбавляючи їх живлення. Далі двигун розганяється при повністю закороченому блоці резисторів R1R6 до швидкості, що відповідає навантаженню на його валу.

Рис.1.Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції часу

Керування у функції струму здійснюється за допомогою реле струму, ввімкнених в коло якоря двигуна постійного струму або в коло статора чи ротора двигуна змінного струму. Коли струм в колі якоря(статора, ротора) досягає певного, наперед заданого значення, реле вмикають контактори або інші комутаційні апарати, які змінюють з’єднання електричних кіл двигуна, закорочують окремі ступені пускових, гальмівних і регулювальних резисторів тощо.
Спрощена принципіальна схема керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції струму показана на рис.2. Пуск здійснюється так. Натисканням на кнопку «Пуск» SB2 подається напруга на котушку лінійного контактора КМ1. Він спрацьовує і своїми головними замикаючими контактами вмикає обмотку статора двигуна на напругу електромережі, а допоміжними замикаючими контактами закорочує кнопку SB2 і подає напругу на блокувальне реле KV. На початку пуску в колі ротора находять максимальний пусковий струм, тому реле струму КА1 і КА2, котушки яких ввімкнені в це коло, спрацьовують і розмикають свої розмикаючі контакти в колах котушок контакторів прискорення КМ2 і КМ3. Це відбувається раніше, ніж замикання контакту блокувального реле КV, власна тривалість спрацювання якого більше від тривалості спрацювання реле КА1 і КА2. Тому контакти контакторів КМ2 і КМ3 залишаються розімкненими і двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1...R6. Швидкість обертання двигуна зростає, а пусковий стум зменшується. При певних значеннях струму реле КА1 і КА2 по черзі повертається у вихідне положення і своїми розмикаючими контактами подають напругу в котушки контакторів прискорення КМ2 і КМ3. При цьому спочатку спрацьовує контактор КМ2 і своїми головними замикаючими контактами закорочує перший ступінь R1 і R3,а потім, через деякий час, спрацьовує контактор КМ3 і скорочує другий ступінь R4R6, блока пускових резисторів. Далі двигун розганяється до повної швидкості при закороченому блоці резисторів R1R6.

Рис.2.Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції струму
Керування у функції швидкості можна здійснювати за допомогою реле швидкості, або реле, які реагують на зміну інших величин, що перебувають у прямій залежності від швидкості. Для двигунів постійного струму такою величиною є е.р.с., а для двигунів змінного струму – е.р.с., або частота струму ротора.
Керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції частоти струму ротора (рис.3.) здійснюється за допомогою реле частоти KF, магнітний потік якого створює спільною дією протилежно направлених магніторушійних сил котушки і короткозамкненого витка реле. На початку пуску частота струму ротора висока, тому струм в короткозамкненому витку і його розмагнічуюча дія великі, тому магнітний потік реле порівняно малий. Через це реле KF не спрацьовує і двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1R3. При зростанні швидкості двигуна частота струму ротора знижується, струм в короткозамкненому витку і його розмагнічувальна дія зменшується, а магнітний потік реле збільшується. Коли швидкість двигуна і частота струму ротора досягають певних значень, KF спрацьовує і своїм замикаючим контактом подає напругу на котушку контактора прискорення КМ2. Контактор КМ2 спрацьовує і закорочує блок резисторів R1R3. Далі двигун розганяється при закороченому блоці резисторів до швидкості, що відповідає його навантаженню. Якщо при пуску двигуна застосовують кілька ступенів блока резисторів, то стільки ж треба мати реле, відрегульованих на різні частоти струму.

Рис.3. Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції частоти струму ротора
Таблиця 1
Характеристика апаратури керування та захисту
№ п/п
Комутаційний апарат
Тип апарату
Основні параметри
Умовне графічне зображення у схемах автоматизації

1.





2.





3.





4.





5.





6.





7.





8.





9.





10.





11.






Порядок виконання роботи:
1. Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню пускової та захисної апаратури, підготувати звіт до фіксації результатів досліджень.
2. Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схему досліджень (рис. 1, а).
3. Отримавши дозвіл керівника робіт, включити живлення схеми досліджень.
4. Здійснити пуск, зупинку роботи трифазного асинхронного електродвигуна на стенді за допомогою пускової апаратури.
5. Виключити живлення стенду, повернути всі органи керування обладнання у первинне положення.
6. Отримавши зразки пускової та захисної апаратури, розглянути їх будову, роботу, характеристики та параметри, у звіт внести їх основні відомості (таблиця 1).
7. Закінчивши виконання роботи, прибрати робоче місце, повернути інструкції до виконання роботи та роздаточні матеріали керівнику робіт.

Контрольні питання:
1.Поясніть призначення та роботу пускозахисної апаратури в схемах керування електрообладнання.
2.Поясніть призначення блокувальних зв’язків у схемах керування електроприводами.
3.Поясніть будову, принцип дії ,основні параметри та характеристики пускової та захисної апаратури.
4.По яким параметрам та характеристикам здійснюють вибір пускової та захисної апаратури ?
5.Теплові та електромагнітні розчеплювачі автоматичних вимикачів - призначення, будова ,принцип дії.

Література : [ 6 ] , c 104-149.
Завдання на самостійну роботу: зробити необхідні розрахунки, оформити звіт, вивчити теорію з літературних джерел.

Практична робота №4.
Розрахунок та вибір пуско-захисної апаратури

Мета роботи: Отримати навички у розрахунку, виборі та застосуванні апаратури керування та захисту електрообладнання.
Прилади та обладнання:
1.Апаратура керування та захисту електрообладнання (рубильники, проміжні реле запобіжники, перемикачі, автоматичні вимикачі, теплові реле, реле часу, шляхові вимикачі, електромагнітні пускачі, кнопки керування, спеціальні захисні засоби).
2.Універсальний лабораторний стенд.
3.Комбінований прилад Ц4352.
4.Трифазні асинхронні електродвигуни з КЗ ротором.
5.Лампи розжарювання 220 В.
6.З
·єднувальні провідники.

Основні теоретичні положення
Вибір пуско-захисної апаратури або апаратури керування та захисту електрообладнання здійснюють, пам’ятаючи насамперед класифікацію такої апаратури. Класифікація здійснюється за кількома ознаками. Так, наприклад, за родом струму апарати класифікують на апарати змінного струму та апарати постійного струму та апарати, які можуть працювати в колах змінного і постійного струмів. За частотою змінного струму – апарати, розраховані на роботу в електромережі з номінальною частотою 50 і (або) 60 Гц та з іншими частотами. За кількістю полюсів – однополюсні та багатополюсні. За кількістю комутаційних положень – двопозиційні та багатопозиційні. За захищеністю від впливу оточуючого середовища – з ступенями захисту ІР00, ІР32, ІР54 і т.д. За кліматичним виконанням і місцем розташування під час експлуатації – апарати, призначені для експлуатації в мікрокліматичному районі з помірним (У), помірним і холодним (УХЛ), тропічним (Т) і т.д. кліматом. За категорією розміщення 1, 2, 3, 4 або 5. За конструктивним виконанням – контактні та безконтактні апарати.
Далі методика розрахунку та вибору пуско-захисної апаратури обов’язково з урахуванням класифікації такої апаратури полягає у наступному:
1. Записують умови задачі. Аналізують розрахунково-монтажну схему силової мережі, записують вихідні дані. Вихідними даними є типи трифазних асинхронних електродвигунів з КЗ ротором, що застосовують в якості електроприводів з відповідними технічними даними: Рн, кВт; Ін, А; Кі=Іпуск/Ін; Іпуск. Додатковими умовами є умови пуску двигунів та реверсивність чи нереверсивність руху їх приводних валів. Схему зображують згідно з ГОСТами, а дані заносять у таблицю 1.
Таблиця 1
Технічні дані електроприводів - трифазних АД зКЗ ротором
Тип ел\двигуна






Рн,кВт






Ін , А






Кі






Пуск = Кі * Ін, А






Додаткові умови







2. Вибір автоматичного вимикача. Автоматичний вимикач вибирають по кількості полюсів, роду струму, захисту від впливу зовнішнього середовища, типу розчеплювачів і номінальним параметрам мережі, виходячи з умови:
Ін.р. > Ір.л.; Ір.л. =
·Ін.д. ; Uн >Uм. (1)
З довідникової літератури вибираємо автоматичний вимикач та записуємо дані: Тип:______________ Uн.=_____________ Ін.р.= ___________
Межі регулювання: _________________ Ісп.кат.__________
Ісп.кат.=КІн.р., (2)
де: Ісп.кат. – каталожне (довідникове) значення сили струму спрацювання розчеплювача,А; К - каталожний (довідниковий) коефіцієнт, що враховує перевантажувальну здатність автоматичного вимикача (кратність струму відсічки). З урахуванням меж регулювання приймаємо значення Ін.р.
Далі слід перевірити обраний автоматичний вимикач на ложні спрацювання. Ложними (помилковими) називають спрацювання автоматичного вимикача на розмикання своїх контактів та відключення електроустановки (-вок) внаслідок тимчасових перевантажень, які є робочими та не призводять до створення аварійної ситуації. Так, наприклад, в режимі пуску трифазних АД з КЗ ротором струм по кожній з трьох фаз живлення електродвигуна перевищує у 57 разів чи навіть більше номінальний струм такого електродвигуна, що є робочою короткочасною ситуацією та не повинно викликати спрацювання автоматичного вимикача. Якщо ж все-таки спрацювання автоматичного вимикача у такій ситуації відбувається і двигун відключають, так і не запустившись, то маємо справу із ложним спрацюванням автоматичного вимикача. Зовсім інша річ, коли в результаті тривалого пуску двигун так і не вийшов на відповідні оберти (не запустився) і спрацювання автоматичного вимикача у такій ситуації врятувало його та пуско-захисну апаратуру від аварії.
Помилкових спрацювань не буде, якщо виконується умова:
Ісп.кат. > Ісп.розр., (3)
де: І сп.розр. – розрахункове значення сили струму спрацювання, А.
Визначаємо розрахункове значення сили струму спрацювання, А.
Ісп.розр.= 1,25(Іпуск + ”
·Ін.д”), – для регульованих вимикачів (4)
Ісп.розр.= 1,5(Іпуск + ”
·Ін.д”), - для нерегульованих вимикачів (5)
де: Іпуск – сума пускових струмів потужних двигунів, які запускаються одночасно; ”
·Ін.д” – сума номінальних струмів працюючих двигунів, які отримують живлення через автоматичний вимикач.
Порівнюємо Ісп.кат. та І сп.розр. Якщо умова (3) виконується, то ложних спрацювань не буде. А якщо умова (3) не виконується, то слід обрати інший автоматичний вимикач та зробити його перевірку.
3. Вибір запобіжника. Запобіжники вибирають за конструктивним виконанням, за номінальними даними мережі та за умовами пуску виходячи з умови:
Ін.в.( 0,4Іпуск.( - для легких умов пуску; (6)
Ін.в.( (0,50,6)Іпуск.( - для важких умов пуску. (7)
Необхідно визначити величину розрахункової сили струму спрацювання плавкої вставки згідно заданих умов пуску, користуючись довідником вибрати запобіжник та записати його технічні дані – тип; Ін.в., А.
4. Вибір електромагнітного пускача. Пускачі вибирають за наступними правилами:
а) сила номінального струму пускача повинна дорівнювати або бути трохи більшою сили номінального струму електродвигуна
Іном.п. ( Іном.д. (8)
б) напруга стягуючої котушки повинна дорівнювати напрузі мережі
Uкот. = Uмер. (9)
в) пускач повинен забезпечити нормальні умови комутації:
Іном.п.( Іпуск.д./6 (10)
г) конструктивне виконання та ступінь захисту пускача повинні відповідати умовам зовнішнього середовища;
д) схема з(єднань пускача повинна відповідати вимогам схеми керування електродвигунів.
Враховуючи місце встановлення двигуна та пускача та перевірку умов комутації (10) вибрати та записати тип електромагнітного пускача і його параметри.
5 Вибір теплового реле. Вибір теплового реле виконується по типу і номінальним параметрам мережі
І н.р. ( І н.д. (11)
І сп.т.е. ( І н.д. (12)
Примітка: Ісп.т.е. вибирається трішечки більшим (на 510%) від Ін.д. з урахуванням більш точної настройки за допомогою меж регулювання.
Вибираємо теплове реле для захисту двигуна від перевантажень та записуємо його технічні дані. При необхідності робимо корекцію Ісп.т.е. за рахунок меж регулювання.
Порядок виконання роботи:
Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню методики розрахунку та вибору пуско-захисної апаратури, підготувати звіт.
Згідно з номером варіанту отримати завдання до практичної роботи, записати умови завдання (рис.1, табл.2).

Рис.1. Схема електрична принципова автоматизації технологічної лінії
Розрахувати та вибрати вказану пуско-захисну апаратуру, оформити звіт.
Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи. Дайте відповіді на контрольні питання.
Контрольні питання:
1. Поясніть розрахунок та вибір пуско-захисної апаратури: автоматичних вимикачів, магнітних пускачів, теплових реле, запобіжників.
2. Як додаткові умови необхідно враховувати при виборі пуско-захисної апаратури?
3. Що розуміють під "межами регулювання " автоматичних вимикачів та теплових реле?
4.Що таке "ложне спрацювання" автоматичного вимикача ?
5.Яким чином умови пуску електродвигунів слід враховувати при виборі пуско-захисної апаратури?
Література: [ 6 ] , с.104 – 149.
Завдання на самостійну роботу: оформити звіт, вивчити теорію, дати відповіді на контрольні питання.
Таблиця 2
Дані для розв(язання завдання
№ вар.
М1
М2
М3
М4
М5
Додаткові умови

1
АИР160S2У3
АИР132S6У3
АИР80A2БСУ2
АИР80В6У3
АИР112М6У3
Пуск легкий

2
АИР132М2У3
АИР160М8У3
АИР80В2БСУ2
АИР80S6У3
АИР80В6У3
пускачі

3
АИР112М2У3
АИР180М8У3
АИР90L2БСУ2
АИР100L6У3
АИР80М6У3
нереверсивні

4
АИР100S2У3
АИР100S4У3
АИР100S2БСУ2
АИР112МВ6У3
АИР225М4У3
теж

5
АИР100L2У3
АИР200М8У3
АИР100L2БСУ2
АИР112МА6У3
АИР100L6У3
теж

6
АИР180S4У4
АИР112М4У3
АИР80А4БСУ2
АИР132S6У3
АИР160М8У3
теж

7
АИР160М4У3
АИР132S4У3
АИР80В4БСУ2
АИР132М4У3
АИР200L4У3
теж

8
АИР160S4У3
АИР132М4У3
АИР90L4БСУ2
АИР160Р6У3
АИР250М8У3
теж

9
АИР132М4У3
АИР160S4У3
АИР100S4БСУ2
АИР160М6У3
АИР80В6У3
теж

10
АИР132S4У3
АИР90L2У3
АИР100L4БСУ2
АИР180М6У3
АИР112МАУ3
Пуск легкий

11
АИР112М4У3
АИР100S2У3
АИР80А6БСУ2
АИР132М2У3
АИР160S6У3
пускачі

12
АИР100S4У3
АИР100L2У3
АИР80В6БСУ2
АИР160S2У3
АИР225М4У3
КМ1,КМ4

13
АИР100L4У3
АИР112М2У3
АИР90L6БСУ2
АИР160М2У3
АИР250М8У3
реверсивні

14
АИР90L4У3
АИР132М2У3
АИР100L6БСУ2
АИР180S2У3
АИР225S8У3
теж

15
АИР80L4У3
АИР200М8У3
АИР80А8БСУ2
АИР180М2У3
АИР280М6У3
теж

16
АИР250S8У3
АИР180М8У3
АИР80В8БСУ2
АИР112М4У3
АИР250М8У3
ПускМ1важкий

17
АИР225М8У3
АИР160М8У3
АИР90А8БСУ2
АИР132S4У3
АИР200L6У3
Інш. Двиг.

18
АИР200L8У3
АИР160S8У3
АИР90LВ8БСУ2
АИР132М4У3
АИР280М6У3
Легкий,пускачі

19
АИР200М8У3
АИР132М8У3
АИР100L8БСУ2
АИР160S4У3
АИР225М4У3
нереверсивні

20
АИР180М8У3
АИР90L6У3
АИР80А2БСУ2
АИР160М8У3
АИР250М8У3
теж

21
АИР 160М8У3
АИР250S6У3
АИР80В2БСУ2
АИР180М8У3
АИР280М6У3
теж

22
АИР160S8У3
АИР132S6У3
АИР1004БСУ2
АИР200М8У3
АИР250М8У3
теж

23
АИР132М8У3
АИР180М6У3
АИР100S2БСУ2
АИР200L8У3
АИР225М8У3
Пуск легкий

24
АИР132S8У3
АИР80В6У3
АИР100L2БСУ2
АИР225М8У3
АИР80В6У3
Пускачі реверс.

25
АИР112М8У3
АИР160М6У3
АИР100L8БСУ2
АИР250S8У3
АИР90L2У3
теж

26
АИР90L8У3
АИР132М8У3
АИР200L4У3
АИР160S8У3
АИР112МВ8У3
Пуск М4 важк.

27
АИР100S4У3
АИР160S8У3
АИР225М8У3
АИР132М8У3
АИР100S4У3
КМ4 реверсивн

28
АИР112МА8У3
АИР160М8У3
АИР250S8У3
АИР200М2У3
АИР90L4У3
Інші пуск легк.

29
АИР112М8У3
АИР180М2У3
АИР250М8У3
АИР132М8У3
АИР112М4У3
нереверсивні

30
АИР132S4У3
АИР200М8У3
АИР280S8У3
АИР90LВ8У3
АИР80В6У3
теж

31
АИР160S4У3
АИР90В8У3
АИР132М8У3
АИР225М8У3
АИР100L4У3
теж

32
АИР80В6У3
АИР132S8У3
АИР160М4У3
АИР280S6У3
АИР112М2У3
теж





Практична робота № 5.
Вивчення електричних проводів та кабелів.

Мета роботи: ознайомитись з будовою, класифікацією та особли-востями використання електричних проводів та кабелів.

Кабельна промисловість випускає широку номенклатуру кабельних виробів практично для всіх галузей народного господарства. Стандартизація та уніфікація конструкцій кабелів та проводів дозволяють задовольняти потреби в кабельній продукції, забезпечуючи в той же час, достатньо високий рівень їх характеристик, включаючи надійність при експлуатації.
Основними напрямками технічного прогресу в кабельній техніці є:
- підвищення робочих температур кабелів і проводів, зниження їх матеріаломісткості, в першу чергу за рахунок застосування нових провідникових та електроізоляційних матеріалів;
- мінімізація кабельної продукції, пов’язана зі зменшенням габаритів електронної і радіоапаратури, необхідністю зниження маси кабельних мереж на кораблях, літаках та ін.;
- широка механізація і автоматизація виробництва кабелів і проводів;
- економія таких гостродефіцитних металів, як мідь та свинець з заміною їх на менш дефіцитні. Ці тенденції повинні враховуватися споживачами кабельної продукції при виборі кабелів і проводів, при проектуванні енергосистем і різного електротехнічного та іншого обладнання.
За призначенням провідники поділяються на наступні типи:
Електричний провід - це ізольований чи неізольований провідник електричного струму, що складається з однієї або декількох жил (частіше всього мідних або алюмінієвих).
Установочний провід - це ізольований електропровід для електричного монтажу та закритого або відкритого прокладення.
Електричний кабель - декілька ізольованих електричних проводів в загальній захисній оболонці, а інколи ще зверху в захисному покритті - сталевій спіральній стрічці (металорукав) або металевій оболонці.
Електричний шнур - це гнучкий кабель з багатодротовими гнучкими жилами, призначений для приєднання електроприладів до мережі через розетки.
Кабельні вироби призначені для передачі та розподілу електричної енергії і сигналів зв’язку та інформації, виконання електричних з’єднань в різних електротехнічних пристроях, виготовлення обмоток електричних машин, апаратів і приладів.
Серед багатьох систем класифікації кабельних виробів найбільш обґрунтованою є класифікація кабелів та проводів за призначенням або областю застосування.
1. Неізольовані проводи призначені в основному для використання при будівництві повітряних ліній електромереж. Проводи  виготовляються  з міді,  алюмінію, бронзи, а також комбінованими (сталеве осердя, поверх якого одна або декілька жил алюмінієвої проволоки).
2. Силові кабелі призначені для передачі і розподілу електричної енергії. Кабелі випускаються з мідними і алюмінієвими струмопровідними жилами з ізоляцією з паперових стрічок, просочених маслом або спеціальними составами, а також з ізоляцією з полівінілхлоридного пластикату, поліетилену, гуми. Діапазон змінних напруг силових кабелів від 660 В до 500 кВ. Кабелі мають свинцеві, алюмінієві або пластикові оболонки.
3. Кабелі зв’язку призначені для передачі сигналів зв’язку та інформації.  Кабелі мають мідні жили і паперову або пластикову ізоляцію. В якості пластику використовуються  поліетилен,  полівінілхлоридний пластикат, полістирол. Ізоляція може бути комбінованою: повітряно-паперовою або повітряно-поліетиленовою. Кабелі мають свинцеві, алюмінієві, стальні, пластикові або металопластикові оболонки. Кабелі зв’язку поділяються на високочастотні і низькочастотні. Високочастотні кабелі це кабелі дальнього зв’язку, низькочастотні кабелі місцевого зв’язку (міські телефонні, внутрішньорайонні та ін.).
4. Контрольні кабелі призначені для живлення приладів, апаратів і інших електротехнічних пристроїв і використовуються в колах контролю. Контрольні кабелі мають струмопровідні жили з міді, біметалу алюміній-мідь, алюмінію. Ізоляція - в основному з поліетилену та полівінілхлоридного пластикату. Використовується також гумова ізоляція. Кількість струмопровідних жил від 4 до 37, перерізом від 0,75 до 10 мм2.
5. Кабелі керування використовуються для кіл дистанційного керування та мають мідні жили. В якості ізоляції використовуються поліетилен, полівінілхлоридний пластикат, фторопласт, гума. Кількість струмопровідних жил від 3 до 108. Всі або окремі струмопровідні жили можуть бути екранованими. Оболонки  кабелів пластикові. Зверху оболонки може накладатися панцирна броня з стальної проволоки. Кабелі керування можуть мати круглу або плоску форму (стрічкові кабелі).
6. Монтажні проводи використовуються для виконання групових з’єднань в різних схемах, для міжблокового і внутрішньоблокового монтажу апаратури. Струмопровідні жили мідні, в тому числі з покриттями з срібла, нікелю і олова, ізоляція поліетилен, полівінілхлоридний пластикат, фторопласти. Частина монтажних проводів випускається з ізоляцією на основі скловолокна, волокон лавсану і капрону з поверхневим лаковим покриттям. Монтажні проводи, як і кабелі керування, можуть виконуватися не тільки круглими, а й пласкими.
7. Установочні проводи призначені для розподілу електричної енергії в силових і освітлювальних мережах на відкритому повітрі і всередині приміщень, в тому числі для схованого прокладення під штукатуркою, для виводів електродвигунів до живлення різної переносної апаратури і приладів. Проводи випускають одно- і багатожильними (до 30) і в основному розраховані  на напругу до 3 кВ. Установочні проводи виготовляються зі струмопровідними жилами з алюмінію, міді і біметалу алюміній-мідь. Ізоляція полівінілхлоридний пластикат, поліетилен, гума, азбест, скловолокно, гумосклотканина. Діапазон перерізів від 0,50 до 120 мм2.
8. Обмоткові проводи призначаються для виготовлення обмоток електричних машин, апаратів та приладів. Струмопровідні жили з міді, алюмінію, сплавів опору (ніхром, манганін, константан). В якості ізоляції застосовуються емалеві покриття на основі синтетичних лаків, просочене лаками скловолокно, натуральний шовк, синтетична бавовняно-паперова  пряжа, плівки, папір, пластик. В обмеженому об’ємі випускаються  обмоткові  проводи з суцільною скляною або склоемалевою ізоляцією.   
9. Радіочастотні кабелі призначені для передачі високочастотної енергії між антенами і різними радіотехнічними і електронними пристроями, а також для з’єднань всередині цих пристроїв. Кабелі в основному мають коаксіальну конструкцію. Жили мідні, ізоляція з поліетилену, фторопласта. Зверху ізоляції - екран і захисна оболонка з поліетилену або полівінілхлоридного пластикату.
Розглянуті групи кабельних виробів далеко не вичерпують номенклатуру кабелів і проводів, що налічують близько 30 тисяч маркорозмірів. Зокрема, випускаються корабельні, несучі, геофізичні кабелі, кабелі для електрофільтрів, бортові проводи, проводи запалювання, джгути автомобільних і автотракторних проводів ті ін.

У відповідності з ГОСТ 22483-77 встановлений наступний ряд перерізів жил кабелів і проводів, мм2:   0,03; 0,05;  0,08; 0,12; 0,20;  0,35; 0,50; 0,75; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000.
Вибір матеріалу провідників.
Мідь краща алюмінію. Вона має більшу провідність і менше піддається корозії. До того ж, порівняно з міддю алюміній неміцний і при декількох згинаннях може зламатися. Негативною властивістю алюмінію є його швидке окислення у випадку контакту з повітрям, результат - утворення на поверхні важкоплавкої оксидної плівки. Вона погано проводить електричний струм, а значить, перешкоджає утворенню гарного контакту. Місце з поганим контактом буде грітися, іскрити, ще більше окислюватися, ще більше грітися, що може призвести до пожежі. Окрім того, при контакті алюмінію з міддю утворюється гальванічна пара, в якій алюміній, піддаючись електрокорозії, руйнується. Це призводить до додаткового погіршення з’єднання.
Вибір перерізу кабелю.
Кабель звичайно складається з 2-4 жил. Площа поперечного перерізу жили визначається її діаметром.
Площа кола S =
·d2/4, де d - діаметр кола.
Виходячи з практичних міркувань, при малих значеннях сили струму переріз мідної жили беруть не менше 1 мм2, а алюмінієвої - 2 мм2. При достатньо великих струмах переріз проводу вибирають за потужністю. Звичайно виходять з розрахунку, що навантаження величиною 1 кВт потребує 1,57 мм2 перерізу жили. Звідси випливають наближені значення перерізів проводу, яких потрібно притримуватися при виборі його діаметру.
Для алюмінієвих проводів - це 5 А на 1 мм2, для мідних - 8 А на 1 мм2.
Взагалі, кабель краще вибирати більшого поперечного перерізу, ніж необхідно, з деяким запасом. Окрім того, необхідно перевірити, чи узгоджу-ється переріз проводів з максимальним фактичним навантаженням, а також зі струмом захисних запобіжників або автоматичного вимикача.
Вибір марки кабелю.
Марка кабелю (проводу) - це буквенне позначення, що характеризує матеріал струмопровідних жил, ізоляцію, ступінь гнучкості і конструкцію захисних покриттів. В маркуванні вітчизняних проводів використовуються наступні позначення:
- перша літера вказує на матеріал струмопровідної жили (скажімо, А - алюміній); відсутність в марці проводу літери означає, що струмопровідна жила виконана з міді;
- друга літера вказує на провід чи кабель (П – провід); відсутність в маркуванні літери П означає, що це кабель;
- третя – матеріал ізоляції (наприклад, Р - гума, В - полівінілхлорид, П – поліетилен, тощо).
В марках проводів і шнурів можуть також бути літери, що характе-ризують інші елементи конструкції:
О - оплетення, Т - для прокладання в трубах, П - плаский, Ф - металева фальцьована оболонка, Г - гнучкий та ін.
Основні марки кабелів, що використовують при проводці
   Плаский двох- чи трьохжильний мідний провід ППВ: переріз від 0,75 до 4 мм2, номінальна напруга 380 В, роздільна основа, полівінілхлоридна ізоляція. Застосовується для монтажу освітлювальних і силових мереж при нерухомій відкритій проводці.
 

 
Силовий кабель АВВГ: алюмінієві жили (1-4), переріз від 2,5 до 50 мм2, полівінілхлоридна ізоляція, полівінілхлоридна оболонка. Призначені для прокладання як в сухих, так і в вологих приміщеннях.
 

Силовий кабель ВВГ: мідні жили (1-4), переріз від 1 до 50 мм2, полівінілхлоридна ізоляція, полівінілхлоридна оболонка. Використовується для прокладання в сухих і вологих приміщеннях.
 

Плаский двох- або трьохжильний алюмінієвий провід АППВ: переріз від 2,5 до 6 мм2, номінальна напруга 380 В, роздільна основа, полівінілхлоридна ізоляція. Використовується для монтажу освітлювальних і силових мереж при нерухомій відкритій проводці.


Кабель ВБбШв: мідний, полівінілхлоридна ізоляція, полівінілхлоридна оболонка, броня з оцинкованих стальних стрічок, герметичний зовнішній шланг. Може застосовуватися скрізь, де існує небезпека механічних пошкоджень проводки в процесі експлуатації.


Одножильний мідний провід ПВ1: переріз від 0,5 до 95 мм2, номінальна напруга 380 і 660 В, полівінілхлоридна ізоляція. Використовується для монтажу проводки освітлювальних і силових мереж в приміщеннях.
 

   Одножильний провід ПВ3: мідна жила підвищеної гнучкості, переріз від 0,5 до 95 мм2, номінальна напруга 380 і 660 В, полівінілхлоридна ізоляція. Застосовується для прокладення освітлювальних і силових мереж в приміщеннях.
  
Одножильний мідний кабель ВПП: поліетиле-нова ізоляція, полівінілхлоридна оболонка.
Використовується для водозаглиблених двигунів.
    
Кабель КГ: мідні багатодротові жили, гумова ізоляція, гумова оболонка. Засто-совується там, де необхідний кабель підвищеної гнучкості.

Вибір перерізу кабелю.
Переріз проводу або кабелю вибирають за допустимим струмом і навантаженням. Дані для вибору перерізу кабелів і проводів наведені в таблиці 1
Таблиця 1 - Допустиме навантаження на електричні кабелі і проводи

Переріз, мм2
Мідна жила
Алюмінієва жила


Струм, А
Потужність, кВт
Струм, А
Потужність, кВт

0,75
8,0
1,8
-
-

1,0
9,0
2,0
-
-

1,2
-
-
8,0
1,8

1,5
12,0
2,6
-
-

2,0
-
-
12,0
2,6

2,5
20,0
4,4
16,0
3,5

4,0
25,0
5,5
20,0
4,4

6,0
32,0
7,0
25,0
5,5

10,0
50,0
11,0
40,0
8,8

16,0
65,0
14,3
50,0
11

25,0
95,0
21,0
70,0
15,4


Контрольні запитання:

1 Типи проводів і кабелів та їх характеристика.
2 Класифікація проводів і кабелів та область їх застосування.
3 Маркування проводів і кабелів.
4 Як знайти необхідний переріз кабелю за струмом або допустимим навантаженням.


Практична робота №6.
Вивчення блокувальних зв’язків у схемах автоматичного керування електроприводами.
Мета роботи: отримати навички в розрахунку, складанні та дослідженні блокувальних зв’язків у схемах керування електроприводами.
Прилади та обладнання:
1.Апаратура керування та захисту електрообладнання (рубильники, проміжні реле запобіжники, перемикачі, автоматичні вимикачі, теплові реле, реле часу, шляхові вимикачі, електромагнітні пускачі, кнопки керування, спеціальні захисні засоби).
2.Універсальний лабораторний стенд.
3.Комбінований прилад Ц4352.
4.Трифазні асинхронні електродвигуни з КЗ ротором 1,5 кВт 1500 об\хв.
5.Лампи розжарювання 220 В.
6.З
·єднувальні провідники.

Основні теоретичні положення
Блокіровки в схемах керування. У схемах автоматичного керування електроприводами найчастіше застосовують блокіровки, що забезпечують задану послідовність або одночасність вмикання і вимикання кількох двигунів, не допускають одночасного вмикання контактів або інших апаратів, запобігають мимовільному пуску двигунів, нещасним випадкам і аваріям, які можуть виникнути внаслідок неправильних дій обслуговуючого персоналу, тощо.
Щоб забезпечити задану послідовність вмикання в електромережу двигунів М1 і М2 (рис.1),треба послідовно з котушкою електромагнітного контактора КМ2, призначеного для керування двигуном М2, ввімкнути допоміжний замикаючий контакт контактора КМ1, призначеного для керування двигуном М1. При цьому вмикання двигуна М2 буде можливим лише після замикання допоміжного замикаючого контакту контактора КМ1, тобто після вмикання двигуна М1.
Для того щоб двигуни М1 і М2(рис.2) вмикались тільки одночасно, треба послідовно з котушкою контактора КМ2, призначеного для керування двигуном М2, ввімкнути допоміжний замикаючий контакт контактора КМ1, призначеного для керування двигуном М1, а допоміжний замикаючий контакт контактора КМ2 приєднати паралельно кнопці „Пуск” SB2. Вмикання двигунів здійснюється так. Натисканням на кнопку SB2 подається напруга на котушку контактора КМ1. Він спрацьовує і своїми головними замикаючими контактами (на схемі не показані) вмикає двигун М1 в електромережу, а допоміжним замикаючим контактом подає живлення на котушку контактора КМ2. Контактор КМ2 теж спрацьовує і вмикає двигун М2. У тому випадку, коли з будь-яких причин контактор КМ2 не спрацьовує і двигун М2 не вмикається, при відпусканні кнопки SВ2 зупиняється і двигун М1. Одночасне вимикання обох двигунів здійснюється за допомогою кнопки “Стоп“ SВ1.
Щоб не допустити одночасного вмикання контакторів КМ1 і КМ2 (рис.3), а треба послідовно з котушкою контактора КМ1 приєднати допоміжний розмикаючий контакт контактора КМ2, а послідовно з котушкою контактора КМ2 - допоміжний розмикаючий контакт контактора КМ1. При цьому, якщо один з контакторів ввімкнути, то його допоміжний розмикаючий контакт в колі котушки другого контактора розімкнеться і вмикання другого контактора стане неможливим. Таку блокіровку можна здійснити також за допомогою здвоєних кнопок, що мають по одному розмикаючому і одному замикаючому контакту(рис.4). При натисканні на кнопку SB2 її замикаючий контакт замикає коло котушки контактора КМ1, а розмикаючий - розмикає коло котушки контактора КМ2. Якщо ж натиснути на кнопку SB3, то, навпаки, замкнеться коло котушки контактора КМ2 і розімкнеться коло котушки контактора КМ1. При одночасному натисканні на обидві кнопки розмикаються кола котушок обох контакторів і вони вимикаються. Одночасне вмикання обох контакторів неможливе.
Мимовільному пуску двигуна, що відбувається після зупинки його внаслідок значного зниження або повного зникнення напруги електромережі і наступного відновлення її, необхідно запобігати у тих випадках, коли такий пуск не можна допустити за умовами технологічного процесу або умовами техніки безпеки. Запобігають мимовільному пуску найчастіше за допомогою електромагнітного контактора і кнопки “Пуск“. Якщо напруга електромережі нормальна, то при натисненні на кнопку “Пуск” SB2 (рис.5) одержить живлення котушки контактора КМ. Він спрацює і своїми головними замикаючими контактами ввімкне двигун в електромережу, а допоміжним замикаючим контактом закоротить кнопку SB2. Після цього натискання на кнопку SB2 припиняють і вона повертається у вихідне положення, розмикаючи свій замикаючий контакт. Живлення котушки контактора КМ триває через контакт, що закорочує кнопку SB2. Якщо з будь-яких причин напруга електромережі значно знизиться або зникне, то контактор повернеться у вихідне положення і своїми головними контактами вимкне двигун з електромережі, а допоміжним розімкне коло своєї котушки. Наступний пуск двигуна після відновлення напруги можливий тільки після натискання кнопки “Пуск” SB2.
Нещасним випадкам і аваріям запобігають за допомогою кінцевих вимикачів, електричних замків та інших пристроїв. Як приклад на рис.6 показано схему блокувального кола, що забезпечує переміщення рухомого елемента робочої машини в заданих межах і вимикання приводного двигуна цієї машини, коли елемент переміститься за допустимі межі. При нормальному режимі роботи рух елемента вліво припиняється після розмикання кінцевого вимикача SQ1, а рух вправо - після розмикання кінцевого вимикача SQ2. Якщо з будь - яких причин кінцевий вимикач SQ1 або SQ2 не розімкнеться, то рухомий елемент машини переміститься за допустимі межі і розімкнеться відповідний аварійний кінцевий вимикач SQ3 або SQ4. При цьому котушка лінійного контактора КМ позбавиться живлення і він вимкне двигун з електромережі.


Рис.1. Пуск у заданій послідовності


Рис.2. Одночасний пуск


Рис.3. Одночасна робота двигунів неможлива


Рис.4. Одночасна робота двигунів неможлива


Рис.5. Мимовільний пуск двигуна неможливий


Рис.6. Забезпечується переміщення рухомого елемента робочої машини в заданих межах
Порядок виконання роботи:
Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню блокувальних зв”язків у схемах керування електроприводами з використанням пускової та захисної апаратури, підготувати звіт.
Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схеми досліджень (рис.1-6). Зібравши дослідну схему, покликати керівника виконання робіт і тільки після перевірки та з його особистого дозволу та контролю подавати напругу на схему керування електроприводом з використанням блокувальних зв”язків.
Впевнитись в тому, що схема зібрана вірно, є робочою та здійснює відповідні блокувальні звя
·зки при керуванні електроприводом.
Виключити живлення лабораторної установки, повернути органи керування у початкове положення.
Прибрати робоче місце. Після закінчення роботи прибрати робоче місце, повернути інструкції до виконання робіт, роздатковий матеріал та інструменти керівнику робіт.
Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи.
Дайте відповіді на контрольні питання

Контрольні питання:
Яку роль відводять блокіровкам у схемах керування електроприводами?
Поясніть використання блокувальних зв
·язків у схемах керування електроприводами рис.1 – рис.6.
Складіть схему керування електроприводами – трифазними асинхронними електродвигунами з КЗ ротором, у якій пуск другого двигуна здійснюється з витримкою часу після пуску першого з використанням електромеханічного реле витримки часу.
Поясніть вибір пускозахисної апаратури для реалізації блокіровок у схемах автоматичного керування електроприводами сільськогосподарського призначення.

Література: [6], с.141-143.
Завдання на самостійну підготовку: вивчити теорію, підготувати звіт.



Практична робота № 7.
Вивчення автоматизованої насосної станції «КАСКАД»

Мета роботи: отримати навички в дослідженні, розрахунку та використанні автоматизованої насосної станції "Каскад".
Прилади та обладнання:
1. Вольтметри ~ 300 В.
2. Амперметри ~ 30 А (3 шт.).
3.Універсальний лабораторний стенд з джерелами напруг змінного струму 0-220В промислової частоти 50Гц.
7.З’єднувальні провідники.

Основні теоретичні положення:
У сільському господарстві воду використовують для комунально-побутових (водопостачання жилих і громадських будинків поливання зелених насаджень і квітників тощо) та виробничих потреб (напування тварин і птиці, приготування рідких і вологих кормів, обробки і переробки сільсько-господарської продукції і т. ін.).
Середньодобові витрати води в господарстві, м3,
Qср.д = 13 EMBED Equation.3 1415, (1)
де: qi - добова норма витрат води одним споживачем і-го виду, м3; mi кількість споживачів і-го виду; n кількість видів споживачів.
Система водопостачання складається з джерела води, водозабірної споруди, насосної установки та водопровідної мережі.
Джерелами води можуть бути відкриті водойми (ріки, озера, водосховища, канали, ставки) та підземні води (ґрунтові, міжпластові), якість води в яких відповідає вимогам водоспоживачів. Для господарсько-питних водопроводів треба максимально використовувати підземні води, що задовольняють санітарно-гігієнічні вимоги. Використання підземних вод питної якості для потреб, не зв'язаних з господарсько-питним водопостачанням, як правило, не допускається .
Для забирання води з джерел використовують спеціальні водозабірні споруди. З відкритих водойм воду забирають за допомогою берегових незатоплюваних водоприймачів, руслових затоплюваних водоприймачів та нестаціонарних водоприймальних пристроїв фунікулерного і плавучого типів, а з підземних джерел за допомогою шахтних і бурових (трубчастих) колодязів.
Піднімають воду з водозабірних споруд і подають її у водопровідну мережу за допомогою насосної установки, що складається з насоса, електропривода, всмоктувальної і напірної труб та напірно-регулювальної ємкості.
З водозабірних споруд усіх видів, динамічний рівень води в яких не глибше 5...7 м від поверхні землі, воду піднімають переважно насосними установками з відцентровими насосами типів К і КМ та вихровими насосами типів В і ВК, а глибоких шахтних і бурових колодязів насосними установками з заглибними відцентровими насосами типів ЭЦВ і ЭПН.
Відцентровий насос типу К (консольний) складається з корпуса, горизонтального вала з підшипниками та лопатевого робочого колеса, насадженого на кінець вала. Електропривод насоса індивідуальний, здійснюється від трифазного асинхронного короткозамкненого двигуна вологоморозостійкого або сільськогосподарського виконання. Конструктивне виконання і спосіб монтажу двигуна ІМ1001 (з двома підшипниковими щитами, на лапах). Передавальний пристрій пружна муфта.
Відцентровий насос типу КМ (консольний моноблок-насос) конструктивно відрізняється від насоса типу К тим, що його робоче колесо не має свого вала, а насаджується безпосередньо на подовжений кінець вала приводного електродвигуна. Конструктивне виконання і спосіб монтажу двигуна ІМ2001 (на лапах з фланцем на одному підшипниковому щиту), корпус насоса кріпиться до фланця двигуна.
Перед пуском відцентрового насоса його корпус і всмоктувальну трубу треба заповнити водою. Для того щоб при заповненні вода не витікала, на кінці всмоктувальної труби встановлюють зворотний клапан.
Вихрові насоси типів В і ВК є різновидністю відцентрових. Робоче колесо вихрового насоса має вигляд диска, на якому по колу в радіальному напрямі вифрезеровані пази. При цьому перемички, що утворилися між пазами, виконують функції лопатей робочого колеса. Всмоктувальний і напірний патрубки корпуса насоса розміщені у верхній його частині, тому під час зупинки насоса вода з корпуса не витікає і заливати її в корпус перед повторним пуском не потрібно. На початку роботи насоса повітря із всмоктувальної труби усувається самим насосом, внаслідок чого в ній створюється розрідження і вода під дією атмосферного тиску надходить в корпус насоса і далі за допомогою робочого колеса подається в напірну трубу.
Вихрові насоси порівняно з відцентровими мають низький к. к. д. (25...35% проти 50...70 % у відцентрових) і порівняно малу подачу. Напір, створюваний цими насосами, в 3...4 рази перевищує напір відцентрових насосів.
Електропривод вихрових насосів такий самий, як і відцентрових насосів типу К.
Заглибний електронасос типу ЭЦВ це насосний агрегат, який складається з вертикального багатоступінчастого відцентрового насоса і заглибного трифазного асинхронного короткозамкненого двигуна типу ПЭДВ, співвісно з'єднаних між собою жорсткою муфтою. Агрегат утримується у свердловині в підвішеному стані за допомогою водопідйомної труби. Насос має кілька окремих секцій. Кожна секція складається з робочого колеса, напрямного апарата (лопатевого відводу), перегородки та зовнішньої обойми. Електродвигун розміщений в нижній частині агрегату. Від електромережі він живиться по кабелю, прикріпленому вздовж водопідйомної труби. Вхідний отвір насоса розташований між двигуном і насосом і закритий сітчастим фільтром. Всмоктувальний патрубок насоса з'єднаний з корпусом верхнього підшипника двигуна, а напірний з водопідйомною трубою.
Електродвигун типу ПЭДВ має водостійку ізоляцію з полівініл-хлоридного пластикату і призначений для роботи у воді. Робота двигуна в повітряному середовищі недопустима навіть короткочасно.
У водопровідну мережу насос може подавати воду безпосередньо, через напірно-регулювальну ємкість або комбіновано. Спосіб подачі залежить від територіального розташування водоспоживачів, нерівномірності водопостачання тощо. При дуже нерівномірному використанні води насос не можна приєднувати безпосередньо до водопровідної мережі, тому що при такому приєднанні разом із зміною витрат води в широких межах змінюватимуться подача насоса і напір у водопровідній системі, внаслідок чого порушуватиметься дія елементів автоматики та виникатимуть незручності в користуванні водопроводом. При різкому скороченні витрат води напір може збільшитись настільки, що виникне небезпека серйозних аварій у системі розподілу води, розрахованій на певний напір.
Щоб забезпечити більш надійний і економічно вигідний, рівномірний режим роботи насоса з незмінною подачею і постійним напором у водопровідній мережі, в насосних установках обладнують напірно-регулювальну ємкість. Такою ємкістю може бути бак водонапірної башти (баштові водонасосні установки) або герметичний повітряно-водяний котел (безбаштові водонасосні установки). Промисловість випускає комплекти обладнання автоматизованих водонасосних установок із збірно-блочними водонапірними баштами БР-15У, БР-25У, БР-50У тощо і безбаштові автоматизовані водопідйомні установки ВУ-7-65, ВУ-10-80, ВУ-16-28 та ін.
Баштові насосні установки найбільш поширені. До комплекту обладнання баштової насосної установки входять: насос, електродвигун, станція (комплектний пристрій) керування, водонапірна башта, датчики рівня води в її баку тощо.
Водонапірну башту вибирають так, щоб об'єм її бака vБ і висота від землі до дна бака НБ були не меншими від розрахункових значень цих параметрів vБ,Р і НБ.Р тобто щоб виконувалися умови:

· vБ,Р і НБ
· НБ.Р .
Розрахунковий об'єм бака водонапірної башти, м3,
vБ,Р = vРЕГ + vАВ + vПОЖ , (2)
де: vРЕГ регулювальний об'єм води в баку водонапірної башти, м3; vАВ аварійний запас води, м3; vПОЖ протипожежний запас води, м3.
Регулювальний об'єм води в баку водонапірної башти автоматизованої насосної установки, м3, орієнтовно можна визначити за формулою
vРЕГ = 13 EMBED Equation.3 1415 , (3)
де: 13 EMBED Equation.3 1415 і 13 EMBED Equation.3 1415 коефіцієнти добової і годинної нерівномірності витрат води (приймають за даними будівельних норм і правил); n кількість вмикань насоса за годину (приймають до 6).
Аварійний запас води, м3,
vАВ = QМАКС.Г tАВ (4)
де: tАВ час, потрібний для усунення можливої аварії (здебільшого приймають tАВ = 2 ... З год).
Протипожежний запас води, м3,
VПОЖ = 3,6 QПОЖ nПОЖ tПОЖ , (5)
де: QПОЖ витрати води на гасіння пожежі, л/с (приймають за даними будівельних норм і правил); nПОЖ розрахункова кількість одночасних пожеж (для сільськогосподарських виробничих комплексів приймають залежно від площі, яку вони займають - одна пожежа при площі 150 га, дві пожежі - понад 150 га); tПОЖ - тривалість гасіння пожежі (бак водонапірної башти повинен мати протипожежний запас води, розрахований на 10-хвилинну тривалість гасіння пожежі), год.
Розрахункову висоту водонапірної башти, м, визначають за формулою
НБ.Р = НВ + h + (ZД – ZБ), (6)
де: НВ потрібний вільний напір вихідного струменя води у точці розрахункового (найбільш невигідного) водорозбору (у диктуючій точці), м; h втрати напору у водопроводі від бака водонапірної башти до диктуючої точки, м; (ZД – ZБ) - різниця геодезичних відміток землі біля диктуючої точки і біля башти, м.
Мінімальний вільний напір у водопровідній мережі населеного пункту при господарсько-питному водоспоживанні потрібно приймати: на вводі в будинок (над поверхнею землі) при одноповерховій забудові не менше 10 м, при більшій кількості поверхів на кожний поверх треба додавати 4 м, біля водорозбірних колонок не менше 10 м.
Втрати напору у водопроводі від бака до диктуючої точки, м,
h = 13 EMBED Equation.3 1415 , (7)
де: 13 EMBED Equation.3 1415 сума втрат напору на подолання тертя вздовж труб на всіх ділянках водопроводу, м; 13 EMBED Equation.3 1415 сума втрат напору в місцевих опорах (коліна, вентилі, крани тощо), м.
Втрати напору на подолання тертя вздовж труби на заданій ділянці водопроводу hТ, м, та в кожному з місцевих опорів hМ, м, визначають за формулами:
hТ =13 EMBED Equation.3 1415 , (8)
hМ = 13 EMBED Equation.3 1415 , (9)
де:13 EMBED Equation.3 1415 коефіцієнт гідравлічного опору; l довжина труби, м; d діаметр труби, м; V швидкість руху води в трубі, м/с; g прискорення вільного падіння, м/с2; 13 EMBED Equation.3 1415 коефіцієнт місцевого опору.
Насос баштової водонасосної установки вибирають так, щоб його номінальна подача QН.НОМ була не меншою від максимальних годинних витрат води в господарстві QМАКС,Г, а номінальний напір НН.НОМ був не меншим від розрахункового напору НР , потрібного для подачі води в бак водонапірної башти, тобто, виходячи з умов,
QН.НОМ
· QМАКС,Г і НН.НОМ
· НР .
Максимальні годинні втрати води, м3/год, визначають за формулою
QМАКС,Г = 13 EMBED Equation.3 1415 , (10)
де: QСР,Д середньодобові витрати води в господарстві, м3; 13 EMBED Equation.3 1415 і 13 EMBED Equation.3 1415 коефіцієнт добової і годинної нерівномірності витрат води (приймають за даними будівельних норм і правил).
Розрахунковий напір, м (Рис.1),
НР = НВС + ННАГ + hВ,Н = (ZБ – ZВ) + НБ + НБК + hВ,Н , (11)
де: НВС висота всмоктування (відстань від рівня води у водозабірній споруді до осі насоса), м; ННАГ висота нагнітання (відстань від осі насоса до максимального рівня води в баку водонапірної башти); м; hВ,Н втрати напору у всмоктувальній і напірній трубах, м; (ZБ – ZВ) різниця геодезичних відміток землі біля водонапірної башти та мінімального рівня води у водозабірній споруді, м; НБ висота башти (від землі до дна бака), м; НБК висота максимального рівня води в баку, м.


Рис.1. Технологічна схема баштової водокачки.

Висоту максимального рівня води в баку з плоским дном визначають за формулою
НБК = 13 EMBED Equation.3 1415 , (12)
де: S площа дна бака, м2.
Втрати напору у всмоктувальній і напірній трубах визначають :іа формулами (7)...(9).
Електродвигун, потрібний для привода насоса, вибирають за загальною методикою, наведеною вище.
Номінальна потужність двигуна Рдв.ном повинна дорівнювати або бути трохи більшою від його розрахункової потужності Рдв.р, тобто мусить виконуватись умова: Рдв.ном
· Рдв.р .
Розрахункова потужність двигуна, кВт,
Рдв.р = (QН.НОМ НН.НОМ13 EMBED Equation.3 1415g KЗАП)/(
·Н,НОМ
·ПЕР) , (13)
де: QН.НОМ номінальна подача насоса, м3/с; НН.НОМ номінальний напір, м; 13 EMBED Equation.3 1415 густина води, кг/м3; g прискорення вільного падіння, м/с2;
·Н,НОМ номінальний к. к. д. насоса;
·ПЕР к. к. д. передачі; Кзап коефіцієнт запасу потужності (беруть при потужності: до 0,75 кВт 2; від 0,75 до 1,5 кВт 1,5; від 1,5 до 3,5 кВт 1,2; від 3,5 до 35 кВт 1,15 і при потужності понад 35 кВт1,1).
Важливою особливістю відцентрових насосів є те, що їх об'ємна подача пропорціональна першому степеню, напір і момент статичних опорів другому, а споживана потужність третьому степеню частоти обертання. Тому при визначенні потужності двигуна, необхідного для привода насоса, треба враховувати розбіжність між номінальною і фактичною частотами його обертання.
Перерахування основних параметрів відцентрових насосів можна виконати за формулами:
QН.ФАК = QН.НОМ( nН,ФАК/ nН,НОМ); HН.ФАК = HН.НОМ( nН,ФАК/ nН,НОМ)2 ; (14)
MН.ФАК = MН.НОМ( nН,ФАК/ nН,НОМ)2; PН.ФАК = PН.НОМ( nН,ФАК/ nН,НОМ)3 , (15)
де: nН,ФАК і nН,НОМ фактична і номінальна частоти обертання насоса; QН.ФАК , HН.ФАК , Мн.фак і PН.ФАК подача, напір, момент статичних опорів і споживана потужність насоса при фактичній частоті обертання; QН.НОМ , HН.НОМ , MН.НОМ і PН.НОМ те саме, при номінальній частоті обертання.
Режим роботи електропривода баштової автоматизованої водо-насосної установки залежить від номінальної подачі насоса QН.НОМ, витрат води в системі водопостачання Qс та регульованого об'єму води в баку водонапірної башти VРЕГ.
Тривалість роботи приводного електродвигуна насосної установки
tР = VРЕГ/( QН.НОМ - Qс) . (16)
Тривалість паузи в роботі двигуна
tП = VРЕГ/Qс . (17)
Тривалість одного циклу
tЦ = tР + tП = VРЕГ/( QН.НОМ - Qс) + VРЕГ/Qс =
=( QН.НОМ VРЕГ)/( QН.НОМ Qс - Qс2) . (18)
Відносна тривалість вмикання
13 EMBED Equation.3 1415 = tР /tЦ = (VРЕГ ( QН.НОМ Qс - Qс2 )) / (( QН.НОМ - Qс)QН.НОМ VРЕГ)) = = Qс/ QН.НОМ . (19)
Частота вмикання двигуна
Z = 1/tЦ = ( QН.НОМ Qс - Qс2)/( QН.НОМ VРЕГ) . (20)
Для визначення витрат води в системі, при яких частота вмикання двигуна максимальна, треба від виразу (20) взяти першу похідну по Qс і прирівняти її до нуля:
dZ/dQс = ( QН.НОМ - 2Qс)/( QН.НОМ VРЕГ) = 0. (21)
Розв'язавши рівняння (20) відносно Qс , матимемо
Qс = QН.НОМ /2. (22)
Після підстановки в рівняння (20) замість Qс його значення QН.НОМ /2 , одержимо формулу для визначення максимальної частоти вмикання двигуна.
Zмакс = (QН.НОМ((QН.НОМ/2) – (QН.НОМ /2)2))/( QН.НОМVРЕГ) = QН.НОМ/(4VРЕГ). (23)
Аналіз рівнянь (19) і (20) показує, що при зменшенні витрат води в системі водопостачання (Qс < 0,5QН.НОМ) відносна тривалість 13 EMBED Equation.3 1415 і частота Z вмикання електродвигуна баштової насосної шовки також зменшуються. При певних значеннях 13 EMBED Equation.3 1415 і Z режим роботи двигуна стає короткочасним, а його нагрівання найменшим. При збільшенні витрат води в системі (Qс> 0,5QН.НОМ) відносна тривалість вмикання збільшується, а частота вмикання зменшується. При певних значеннях цих величин режим роботи двигуна є повторно-короткочасним. Нагрівання двигуна вище, ніж у короткочасному режимі. Коли (Qс = QН.НОМ), відносна тривалість вмикання 13 EMBED Equation.3 1415 = 1, а частота вмикання Z = 0. Режим роботи двигуна стає тривалим, а його нагрівання найбільшим. Тому електродвигун, потрібний для привода насоса, вибирають із серії машин, призначених для тривалого режиму роботи.
Автоматичне керування сучасними баштовими водонасосними установками з заглибними електронасосами здійснюється за допомогою систем керування серії САУНА і комплектних пристроїв "КАСКАД. Впроваджуються у виробництво Універсальні станція керування і захисту для заглибних електродвигунів УСУЗ та інші сучасні станція керування і захисту.
До комплектного пристрою «Каскад» входять: ящик керування типу ЯНН, електродні датчики нижнього і верхнього рівнів (у пристроях з автоматичним керуванням за рівнем води в баку водонапірної башти) або електроконтактний манометр (у пристроях з автоматичним керуванням за тиском води у водонапірній трубі) та електродний датчик сухого ходу.
Основними складовими частинами ящика керування є силова апаратура і блок керування E1FQ типу БОН9200, який має чарунку керування і захисту, що забезпечує живлення логічної частини і захист електронасоса від аварійних режимів, та чарунку автоматичного керування за рівнем ЯУУ або чарунку автоматичного керування за тиском ЯУД. Чарунки ЯУУ і ЯУД взаємозамінні.

Рис.2. Принципіальна електрична схема керування електронасосом за допомогою пристрою «Каскад»
Принципіальну електричну схему автоматичного керування електронасосом баштової насосної установки за допомогою комплектного пристрою «Каскад» зображено на Рис.2.
Автоматичне керування електронасосом за рівнем води в баку водонапірної башти здійснюється так.
Для керування в режимі водопідйому перемикач, розташований в чарунці ЯУУ блока керування E1FQ (на схемі не показаний), ставлять в положення «Водоподьем», а перемикач S1 в положення АУ («Автоматическое управление») і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому води в баку водонапірної башти немає, то контакти SLЗ і SL2 датчика рівня води в баку не обмиваються водою і вмикається електронасос. Вода подається в бак. Коли рівень її досягне контакту SLЗ, електронасос вимкнеться, подача води припиниться. При витраті води і опусканні її рівня нижче контакту SL2 електронасос вмикається.
Для керування в режимі дренажу перемикач, розташований в чарунці ЯУУ, ставлять в положення «Дренаж», а перемикач S1 в положення ДУ і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому рівень дренажних вод у свердловині підніметься вище контакту SLЗ, то електронасос ввімкнеться, а при зниженні рівня дренажних вод нижче контакту SL2 вимкнеться.
Для автоматичного керування електронасосом за допомогою електроконтактного манометра спочатку в чарунці ЯУД блока керування E1FQ на розбірному з'єднанні «Время работы насоса» встановлюють перемичку в положення, що відповідає тривалості роботи насоса, необхідній для заповнення бака водонапірної башти водою (до 90 хв.). Потім перемикач S1 ставлять у положення АУ, вмикають автоматичний вимикач QF і встановлюють рухомий контакт електроконтактного манометра так, щоб при рівні води в баку нижче контрольованого рівня відбувалось надійне автоматичне вмикання електронасоса. Після закінчення часу уставки, за який бак заповнюється водою, електронасос вимикається. Вода подається споживачам завдяки напору, створюваному водонапірною баштою. При цьому рівень води в баку знижується і зменшується статичний тиск у напірній трубі. При зниженні тиску нижче від контрольованого електроконтактним манометром значення електронасос автоматично вмикається.
Дистанційне керування здійснюється подаванням команд від пристроїв телемеханіки на реле вмикання КL2 і вимикання КLІ. Воно дає можливість диспетчеру, який знаходиться на значній відстані від насосної установки, вмикати і вимикати електронасос незалежно від рівня води в баку водонапірної башти.
Місцеве керування електронасосом здійснюється перемикачем S1. У положенні "1" насос ввімкнений, в положенні "0" вимкнений.
При аварійних режимах (коротке замикання, перевантаження, робота на двох фазах, сухий хід) електронасос вимикається. Наступне вмикання насоса можливе лише після усунення причини спрацювання захисту.

Порядок виконання роботи:
Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню автоматизованої установки «Каскад», підготувати звіт.
Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схему досліджень (Рис.2). Зібравши дослідну схему, покликати керівника виконання робіт і тільки після перевірки та з його особистого дозволу та контролю подавати напругу на схему.
Отримавши дозвіл керівника робіт, включити установку «Каскад». Провести експеримент згідно з програмою досліджень.
Виключити живлення лабораторної установки, повернути органи керування у початкове положення.
Після закінчення роботи прибрати робоче місце, повернути керівнику робіт інструкції до виконання робіт, роздатковий матеріал та інструменти.

Контрольні питання:
Яке практичне застосування установки «Каскад»?
Поясніть конструкцію установки «Каскад».
Поясніть роботу установки «Каскад» за принциповою електричною схемою (Рис.2).
Поясніть методику виконання лабораторного дослідження установки «Каскад».
Як виконують розрахунок баштових насосних установок водопостачання?
Література: [6], с. 320336, [7], с. 132148.
Завдання на самостійну підготовку: вивчити теорію, підготувати звіт.



Література

Хлытчиев С.М., Ворожцов А.С., Захаров И.А. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Радио и связь, 1985. – 288 с.
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования, изд. «Наука», М., 1975, 786 стр.
Жулай Є.Л., Зайцев Б.В., Лавріненко Ю.М., Марченко О.С., Войтнюк Д.Г. Електропривід сільськогосподарських машин, агрегатів та потокових ліній. – К.: Вища освіта, 2001. –288 с.
Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982, –302 с..
Мартыненко Н.И. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М., Агропромиздат, 1985, 324 с.
Бородин И.Ф. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. – М. Агропромиздат, 1974, –324 с.
Гончар В.Ф., Тищенко Л.П. Електрообладнання і автоматизація сільськогосподарських агрегатів і установок. – К., Вища школа, 1989, –344 с.
Бородин И.Ф., Недилько Н.М. Автоматизация производственных процессов. – М., Агропромиздат, 1986, –362 с.











Методичні вказівки до практичних робіт
з дисципліни “Основи автоматики і автоматизації виробничих процесів” для студентів денної форми навчання факультету водогосподарської інженерії та екології, напряму підготовки 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)”.






Ухвалено науково-методичною радою факультету водогосподарської інженерії та екології










13PAGE 15





13PAGE 15


13PAGE 14415




 "8:
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 8:
·
·
·Оў
·
·
·
·
·
·
·
·мRoot EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native 
·
· 
·
·Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 2Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 3Рисунок 4Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 1783252
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий