Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

 

Энергообеспечение сельского хозяйства

Конспект лекций

(часть 1)

для студентов специальности 5B081200  -  Энергообеспечение сельского хозяйства

 

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛЬ: О.Н.Ефимова. Энергообеспечение сельского хозяйства. Конспект лекций (часть 1) для студентов специальности 5B081200 –  Энергообеспечение сельского хозяйства. – Алматы: АУЭС, 2013. – 65 с. 

 

Курс лекций рассчитан на два семестра (6,7 семестр). Данный курс лекций читается в 6 семестре. В нем освещены вопросы по применению теплоты в сельском хозяйстве. Рассмотрены электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей, сельские электрические сети, электрическая аппаратура и  сельские трансформаторные подстанции.

  Ил. 27, библиогр. - 19 назв.

 

Рецензент:  канд. техн. наук, доцент Кузембаева Р.М.

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 год.

 

           © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

 

Содержание 

Лекция 1. Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей

4

Лекция 2. Конструкции наружных электрических сетей

8

Лекция 3. Механический расчет воздушных линий

12

Лекция 4. Электрическая аппаратура

16

Лекция 5. Теплофизика сельскохозяйственных сооружений

20

Лекция 6. Системы отопления. Кондиционирование воздуха. Горячее водоснабжение

 24

Лекция 7. Вентиляция производственных и коммунально-бытовых зданий

28

Лекция 8. Тепловые сети. Оборудование тепловых сетей

32

Лекция 9. Применение теплоты в животноводческих и птицеводческих комплексах и фермах

 36

Лекция 10. Теплоснабжение сооружений защищенного грунта

39

Лекция 11. Газоснабжение производственных предприятий и коммунально - бытовых зданий

 43

Лекция 12. Теплотехнологические установки с топливными и электрическими источниками энергии

 47

Лекция 13. Теплоэнергетические установки

50

Лекция 14.  Сельские трансформаторные подстанции

55

Лекция 15. Режимы нейтралей в трехфазных сетях

59

Список литературы

63

 

Лекция 1. Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей 

 

          Содержание лекции:

- электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей.

Цель лекции:                      

- знакомство с основными  методами построения графиков нагрузки. 

 

От электрических сетей в сельских районах обычно питается большое число разнообразных потребителей электрической энергии, под которыми понимают приемник или группу приемников электрической энергии, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. Приемником электрической энергии (электроприемником),  называют аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой ее вид.

В сельских районах находятся следующие потребители электрической энергии: жилые дома, больницы, школы, клубы, магазины, пекарни и другие предприятия, обслуживающие население; производственные потребители – животноводческие фермы, зерноочистительные пункты, теплицы, хранилища сельскохозяйственной продукции, мельницы, гаражи, котельные и т.л.; предприятия агропромышленного комплекса, хлебоприемные пункты, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции: молокозаводы, консервные заводы, мясокомбинаты и т.п.; прочие потребители, в числе которых могут быть промышленные предприятия.

В особую группу должны быть выделены крупные предприятия по производству сельскохозяйственной продукции на промышленной основе, в первую очередь животноводческие комплексы, птицефабрики и тепличные комбинаты. Схемы их электроснабжения отличаются от типовых схем в районах рассредоточенной нагрузки сельскохозяйственных потребителей и приближаются к соответствующим схемам для промышленных предприятий.

Расчетной нагрузкой считается наибольшее из средних значений полной мощности за интервал времени 30 минут (получасовой максимум), которое может возникнуть на вводе к потребителю или питающей электросети в расчетном году с вероятностью не ниже 0,95.

Расчетным годом является последний год расчетного периода (5–7 лет), для которого определяется уровень нагрузок.

При проектировании системы электроснабжения в качестве расчетных нагрузок рассматривают следующие группы потребителей электроэнергии: сельские жилые дома; коммунально-общественные потребители; производственные потребители; нагрузки наружного освещения и уличного освещения.

Для сельскохозяйственных потребителей и сетей различают дневную активную Рд (реактивную ) и вечернюю активную Рв (реактивную ) расчетные нагрузки. Преобладание дневного максимума в графике электрической нагрузки характерно для производственных потребителей (электропривод, электронагревательные и электротехнологические установки). У коммунально-бытовых потребителей (внутреннее освещение жилых и общественных зданий, электробытовые приборы индивидуального и коллективного пользования) наибольшее значение нагрузки наблюдается в вечернее время. Для смешанных потребителей график нагрузки может иметь пик, как в дневное, так и в вечернее время. Коэффициент участия в дневном Куд (вечернем – Кув) максимуме нагрузок показывает, какая часть максимальной нагрузки электропотребителя приходится на дневной (вечерний) максимум.

При расчетах в качестве расчетной нагрузки следует принимать большую из дневной или вечерней нагрузок.

Допускается определение расчетных нагрузок по одному из максимумов, например, дневному, если известно, что к сети напряжением 0,38 кВ присоединены только производственные потребители, или вечернему, когда все нагрузки только бытовые.

 Условно принято, что если один из видов потребителей (производственные или бытовые) составляет менее 30% от общей нагрузки в сети 0,38 кВ, то характер нагрузки определяется преобладающим видом потребителей. В противном случае нагрузка считается смешанной.

Для традиционных сельскохозяйственных потребителей расчетная нагрузка, как правило, приходится на зимние сутки – зимний максимум. При наличии в зоне электроснабжения сезонных потребителей (парников, теплиц, зернотоков, насосных станций орошения) и при условии, что сезонная нагрузка составляет: летом более 30% суммарной нагрузки несезонных потребителей, весной более 20%, осенью более 10%, следует помимо зимнего максимума определять расчетные нагрузки соответствующего сезона с учетом коэффициентов сезонности

Расчет электрических нагрузок в сельскохозяйственных районах производится в соответствии с Методическими указаниями по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38 — 110 кВ сельскохозяйственного назначения [17]. Сельским жилым домом при расчете нагрузок считается одноквартирный дом или квартира в многоквартирном доме, имеющие отдельный счетчик электроэнергии.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

График нагрузки представляет собой графическое изображение изменения нагрузки потребителя во времени. Различают суточные, сезонные, годовые графики нагрузки. Суточные графики отражают изменение мощности нагрузки в течение суток (см. рисунок 1.1).

а – для зимнего дня; б – для летнего дня: Ро – мощность в относительных единицах по отношению к максимальной.

 

Рисунок 1.1- Суточный график нагрузки

 

Годовые графики строятся на основе характерных суточных графиков за весенне-летний и осенне-зимний периоды (см. рисунок 1.2-1.3).

                           

 

    Рисунок 1.2- Годовой график                                         Рисунок 1.3- Годовой график нагрузки

нагрузки по продолжительности 

 

С достаточной точностью годовой график по продолжительности можно построить, пользуясь суточными графиками только для двух дней в году зимнего и  летнего (см. рисунок 1.4).

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 – Построение годового графика по продолжительности

по суточным графикам зимнего и  летнего дней

 Имея годовой график нагрузки объекта по продолжительности, можно определить время использования максимальной нагрузки Т как основание прямоугольника равновеликого по площади фигуре ABCD, высота которого равна расчетной нагрузке (см. рисунок 1.5).

 

Рисунок 1.5 – Определение времени использования максимальной нагрузки по годовому графику по продолжительности

 

Вероятностные модели графиков электрических нагрузок.

Модель случайного графика нагрузок может быть представлена следующими параметрами: номинальной мощностью (Рн), коэффициентом использования (), коэффициентом загрузки (), коэффициентом реактивной мощности (tg γ), видом и параметрами корреляционной функции (КФ) или средней длительностью цикла ().

Расчетной нагрузкой Sр, считается наибольшее из средних значений полной мощности за промежуток 30 минут (получасовой максимум), Sм30 ,которое может возникнуть на вводе к потребителю или в питающей сети в расчетном году с вероятностью не ниже 0,95. Различаются дневные, Pрд (Qрд), и вечерние Pрв (Qрв), расчетные активные (реактивные) нагрузки. За расчетную нагрузку для выбора сечений проводов или мощности трансформаторных подстанций принимается большая из величин дневной, ΣSрд, или вечерней, ΣSрв, расчетных нагрузок, полученных на данном участке линии или подстанции. Потери или отклонения напряжения в сетях рассчитываются отдельно для режима дневных и вечерних нагрузок.

Коэффициентом роста нагрузок, kр, называется отношение нагрузок расчетного и исходного годов. Расчетным годом, tр, считается последний год расчетного периода, на который определяется уровень нагрузок и другие параметры электроустановок. Исходным годом, to, считается последний год, за который имеются данные о существующих нагрузках и электропотреблении.

Коэффициент одновременности, kо, представляет собой отношение величин совмещенной максимальной нагрузки, Рр, к сумме максимумов нагрузок отдельных потребителей, Σ, или их групп:  Σ Pрi =PpipoPk.

Коэффициент участия в дневном (вечернем) максимуме нагрузок, kуд (kув), показывает, какая часть максимальной нагрузки приходится на дневной (вечерний) максимум нагрузки.

Лекция 2.  Конструкции наружных сельских электрических сетей

 

Содержание лекции:

- конструкции наружных электрических сетей;

- изоляторы воздушных линий;

- опоры воздушных линий.

Цель лекции:      

- знакомство с устройством наружных сельских электрических сетей

 

На воздушных линиях электропередачи напряжением выше 1000 В применяют голые провода и тросы. Находясь на открытом воздухе, они подвергаются воздействиям атмосферы (ветер, гололед, изменение температуры) и вредных примесей окружающего воздуха (сернистые газы химических заводов, морская соль) и поэтому должны обладать достаточной механической прочностью и быть устойчивыми против коррозии.

Раньше на воздушных линиях применялись медные провода, а теперь используют алюминиевые, сталеалюминевые и стальные, а в отдельных случаях и провода из специальных сплавов алюминия – альдрея и др. Грозозащитные тросы выполняются, как правило, из стали.

По конструкции различают:

а) однопроволочные провода, состоящие из одной проволоки сплошного сечения (см. рисунок 2.1, а);

б) многопроволочные провода из одного металла, состоящие (в зависимости от сечения провода) из 7; 19 и 37 скрученных между собой отдельных проволок (см. рисунок 2.1, б);

в) многопроволочные провода из двух металлов – стали и алюминия или стали и бронзы. Сталеалюминевые провода обычной конструкции (марки АС) состоят из стальной оцинкованной жилы (однопроволочной или скрученной из 7 или 19 проволок), вокруг которой расположена алюминиевая часть, состоящая из 6, 24 или более проволок (см. рисунок 2.1, в).

 

а – однопроволочные провода; б – многопроволочные провода;

в – сталеалюминевые провода.

 

Рисунок 2.1 - Конструкция проводов воздушных линий

Силовые кабели состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Кроме основных элементов в конструкцию кабеля могут входить экраны, жилы защитного заземления и заполнители (см. рисунок 2.2).

 

 

а - двухжильные кабели с круглыми и сегментными жилами, б - трехжильные кабели с поясной изоляцией и отдельными оболочками, в - четырехжильные кабели с нулевой жилой круглой, секторной и треугольной формы:  1 - токопроводящая жила,

2 - нулевая жила, 3 - изоляция жилы, 4 - экран на токопроводящей жиле,

5 - поясная изоляция, 6 - заполнитель, 7 - экран на изоляции жилы, 8 - оболочка,

9 - бронепокров, 10 - наружный защитный покров. 

Рисунок 2.2 - Сечения силовых кабелей 

Силовые кабели различают: по роду металла токопроводящих жил - кабели с алюминиевыми и медными жилами, по роду материалов, которыми изолируются токоведущие жилы, кабели с бумажной, с пластмассовой и резиновой изоляцией, по роду защиты изоляции жил кабелей от влияния внешней среды - кабели в металлической, пластмассовой и резиновой оболочке, по способу защиты от механических повреждений - бронированные и небронированные, по количеству жил - одно-, двух-, трех-, четырех-и пятижильные.

Каждая конструкция кабелей имеет свои обозначение и марку. Марка кабеля составляется из начальных букв слов, описывающих конструкцию кабеля.

Кабельная арматура предназначена для соединения строительных длин кабеля, а также для оконцевания кабельных линии. В зависимости от назначения кабельную арматуру можно разделить на следующие основные группы:

1) соединительные муфты и их разновидности (ответвительные, соединительно-разветвительные) — арматура для соединения между собой отдельных строительных длин кабелей;

2) стопорные и полустопорные муфты — арматура для соединения строительных длин и одновременного секционирования кабельных линий с целью предотвращения перетекания масла или пропиточного состава из секции в секцию;

3) концевые муфты и концевые заделки— арматура для оконцевания кабелей на открытом воздухе и внутри помещений.

Конструкция металлических муфт зависит от напряжения. Для соединения кабелей на напряжение 1 кВ применяются соединительные чугунные муфты типа СЧ или СЧм, для кабелей на напряжение 6 и 10 кВ — свинцовые муфты типа СС  или алюминиевые типа СА. Свинцовые и алюминиевые муфты при прокладке в землю защищаются от механических повреждений защитными кожухами из чугуна типа КзЧ, КзЧг (герметичное исполнение) или из стеклопластика КзП. Защита алюминиевого корпуса муфты от коррозии осуществляется дополнительными наружными подмотками и термоусаживающимися трубками.

Для соединения кабелей на напряжения 20 и 35 кВ применяются латунные и свинцовые однофазные муфты типа СЛО или ССО. При прокладке в земле для защиты от механических повреждений и коррозии три однофазные муфты помещаются в общий металлический кожух (чугунный или стальной) или кожух из стеклопластика.

Выбор способа прокладки кабельных сетей производят в зависимости от: величины и размещения нагрузок, плотности застройки предприятия,  компоновки электротехнических помещений, наличия технологических, транспортных коммуникаций, параметров и расположения источников питания, уровня грунтовых вод, степени загрязнения окружающей среды и грунта, назначения кабельной линии.

Каждый вид специального сооружения для прокладки кабелей характеризуется максимальным количеством силовых кабелей, которое можно в нём проложить. Траншея - 6 кабелей, канал -24, блок - 20, туннель - 72, эстакада - 24, галерея - 56.

Редко отдаётся предпочтение какому-либо одному виду прокладки кабелей. Обычно применяют смешанную прокладку, когда в зависимости от конкретных условий является целесообразным комбинированное исполнение различных способов прокладки кабельных линий.

Линейный изолятор — устройство (электрический изолятор) для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушной линии электропередачи (ВЛ).

По материалу изготовления изоляторы подразделяются на фарфоровые, стеклянные и полимерные.

Фарфоровые изоляторы изготавливают из электротехнического фарфора, покрывают слоем глазури и обжигают в печах. Стеклянные изоляторы изготавливают из специального закалённого стекла. Они имеют большую механическую прочность, меньшие размеры и массу, медленнее подвергаются старению по сравнению с фарфоровыми, но имеют меньшее электрическое сопротивление. Полимерные изоляторы изготавливают из специальных пластических масс.

По способу крепления на опоре изоляторы подразделяются на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы (крепятся на крюках или штырях) применяются на воздушных линиях до 35 кВ. Подвесные изоляторы (собираются в гирлянду и крепятся специальной арматурой) применяются на ВЛ 35 кВ и выше.

В обозначение изоляторов входят:

- буквы, которые указывают на их конструкцию: Ш — штыревой, П — подвесной;

- материал: Ф — фарфор, С — стекло, П — полимер;

- назначение: Т — телеграфный, Н — низковольтный, Г — грязестойкий (для подвесных), Д — двух юбочный;

- типоразмер: А, Б, В, Г (для штыревых); цифры, которые у штыревых изоляторов указывают на номинальное напряжение (10, 20, 35) или диаметр внутренней резьбы (для низковольтных), а у подвесных — на гарантированную механическую прочность в килоньютонах.

Опоры воздушных линий в зависимости от назначения и места установки на трассе могут быть промежуточными, анкерными, угловыми, концевыми и специальными.

Промежуточные опоры служат для поддержания проводов на прямых участках линий. На промежуточных опорах провода крепят штыревыми изоляторами. Пролеты между опорами для линий напряжением до 1000В составляют 35 — 45 метров, а для линий до 10 кВ — 60 метров.

Анкерные опоры  устанавливают также на прямых участках трассы и на пересеченных с различными сооружениями. Они имеют жесткую и прочную конструкцию, поскольку в нормальных условиях воспринимают усилия от разности натяжения по проводам, направленные вдоль воздушной линии, а при обрыве проводов должны выдержать натяжение всех оставшихся проводов в анкерном пролете. Провода на анкерных опорах крепят наглухо к подвесным или штыревым изоляторам. Анкерные опоры для воздушных линий напряжением 10 кВ ставят на расстоянии около 250 метров.

Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии. Углом поворота линии называется угол в плане линии, дополнительный до 1800 к внутреннему углу линии.

Концевые опоры, являющиеся разновидностью анкерных, устанавливают в начале и конце линии. Концевые опоры должны выдерживать постоянно действующее одностороннее натяжение проводов, а угловые  — в местах, где меняется направление трассы воздушной линии.

К специальным относят переходные опоры, размещаемые в местах пересечений линиями электропередачи различных сооружений или препятствий (например, рек, железных дорог и т.п.).

Лекция 3.  Механический расчет воздушных линий

 

Содержание лекции:

- определение механических нагрузок на провода;

- расчет механической прочности проводов.

Цель лекции:      

- изучение методов механического расчета проводов.

 

Механический расчет проводов проводится с целью определения в них нормативных запасов прочности и определение величин стрел провеса при работе линии в различных климатических условиях.

Расчетные климатические условия и мероприятия по повышению механической прочности воздушных линий (ВЛ) выбираются в соответствии с картами районирования территории страны по скоростным напорам ветра и размерам гололедных образований и грозовой активности.

Максимальный нормативный скоростной напор ветра на высоте до 15м от поверхности земли определяется по таблице 2.5.1. ПУЭ РК [9]. Нормативная толщина стенки гололеда для высоты 10 м над поверхностью земли определяется по таблице 2.5.3. ПУЭ РК [9].

Расчет удельных механических нагрузок проводится по методу допускаемых напряжений, величины которых определяются по выражениям:

 

где , ,  - соответственно, допускаемые механические напряжения в материале        провода в режимах низшей и среднегодовой температур и наибольшей механической нагрузки;

           , ,  - значения допускаемых напряжений в процентах от предела прочности при растяжении металла провода .

Значения величин ,  и  выбираются из соотношения алюминиевой и стальной частей провода.

В процессе расчета проводов должен быть определен исходный режим, т.е. наиболее тяжелый режим работы проводов ВЛ, при котором в металле возникнут наибольшие механические напряжения. В качестве исходного режима должен быть выбран один из следующих режимов: низшей температуры; среднегодовой температуры; наибольших механических нагрузок.

Исходный режим определяется путем сопоставления величины расчетного пролета ВЛ со значениями критических пролетов, определяемых для комбинированных проводов по выражениям:

 

 где  - пролет, для которого напряжение провода в режиме низшей температуры достигает допустимого напряжения σtmin, а в режиме среднегодовой температуры значения σэ;

         - пролет, при котором напряжение провода в режиме наибольшей нагрузки равно допустимому напряжению σγmax, а в режиме низкой температуры - σtmin;

         - пролет, при котором напряжение провода в режиме среднегодовой температуры равно допустимому σэ, а в режиме наибольшей нагрузки равно σγ max;

       ,  - коэффициенты температурного расширения и упругого удлинения   комбинированного провода;      

                  , , - низшая температура, температура, соответствующая режиму гололеда или режиму наибольшей нагрузки и среднегодовая температура;

                   - коэффициенты температурного расширения и упругого удлинения комбинированного провода.

           - является величиной, обратной модулю упругости и определяется:

 

 

 ,

                               

 

Определяются удельные механические нагрузки, действующие на провода.

Нагрузка от действия массы провода:

 

 

где  - масса провода длиной 1 км;

        - фактическое сечение провода.

 

Нагрузка от действия гололеда:

 

                         

 где  - нормативная толщина стенки гололеда;

        - диаметр провода.

 

Нагрузка от действия массы провода и гололеда:

 

Нагрузка от действия ветра на провод, свободный от гололеда:

 

где - нормативный скоростной напор ветра в рассматриваемом режиме;

 - коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по длине  пролета ВЛ;

 - коэффициент,  лобового сопротивления. Для проводов диаметром 20 мм и более, свободных от гололёда:  

 

Нагрузка от действия ветра на провод, покрытый гололедом:

 

Результирующая нагрузка, действующая на провод, свободный от гололеда:

Для правильного выбора высоты типовой опоры необходимо определить максимальную стрелу провеса провода, которая может возникнуть в одном из двух расчетных режимов работы: в режиме наибольшей температуры; в режиме гололеда без ветра.

Решение основного уравнения состояния провода для этих двух режимов работы ВЛ дает значения напряжений в металле провода.

Режим наибольшей температуры.

 

            

где ;         .

 Решая уравнение относительно , получаем:

Находится стрела провеса: 

                                                                                                     

По этим условиям рассчитывается наименьшее допустимое расстояние от поверхности земли до нижней траверсы опоры:

 

где - высота опоры до нижней части траверсы;

 - стрела провеса провода;

- высота гирлянды.

 

Лекция 4. Электрическая аппаратура

 

Содержание лекции:

- автоматические выключатели;

- плавкие предохранители;

- разъединители.

Цель лекции:      

- знакомство с основами  построения и работы электрических аппаратов.

 

Коммутационная аппаратура – устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей – бывает ручного, дистанционного и автоматического управления.

Аппаратура ручного управления работает от непосредственного воздействия на его органы управления. Аппаратура дистанционного управления работает воздействием электромагнитных сил на ее приводные элементы.

Аппаратуру ручного управления по своему назначению и использованию подразделяют: для коммутации силовых цепей (обмотки электродвигателей, электромагнитов, трансформаторов, нагревателей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактных аппаратов, устройств контроля, регулирования и сигнализации).

Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутационных цепях, что в свою очередь на конструктивное исполнение и габаритные размеры аппаратов.

Все аппараты ручного управления обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты; подвижные контакты; орган управления. Кроме этого они могут иметь элементы фиксации, дугогашения, монтажа.

В силовых цепях используют контроллеры, рубильники, пакетные выключатели. Они имеют мощную контактную систему и отличаются значительными габаритными размерами.

В цепях управления используемые аппараты называются командоаппаратами. Они служат для воздействия на вспомогательные цепи управления и защиты, для переключения цепей управления силовых электроаппаратов (контактов). Иногда используются для прямого пуска маломощных электродвигателей, включения электромагнитов. К ним относятся: кнопочные станции; командоконтроллеры; переключатели, путевые, конечные и аварийные выключатели.

Для переключения маломощных цепей при токе до 3А напряжением 380В применяются малогабаритные микропереключатели.

Допустимая токовая нагрузка аппаратов ручного управления определяется номинальным или длительно допустимым током (из условия нагрева) и током включения или отключения нагрузки.

Изолятор электрический - устройство для электрической изоляции и зачастую механической связи частей электрического устройства, находящихся под различными электрическими потенциалами, и для предупреждения короткого замыкания на корпус или заземление. Изоляторы изготовляют из диэлектриков с большим удельным электрическим сопротивлением (1011 —1022 Ом·м), наиболее часто из фарфора и стекла. Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Для предотвращения электрического пробоя вдоль поверхности изоляторов (особенно подвергающихся атмосферному воздействию) им придают сложную форму, что удлиняет путь, по которому возможен электрический разряд. Различают электрические изоляторы линейные (штыревые и подвесные) – для крепления проводов к опорам линий электропередачи (см. рисунок 4.1); станционные (опорные и проходные) – для монтажа токоведущих частей в распределительных устройствах; аппаратные – для разделения и крепления деталей в электрических машинах, аппаратах, приборах и т. д.

 

1 – фарфоровый корпус; 2 – шапка из ковкого чугуна; 3 – стальной стержень.

Рисунок 4.1 - Штыревой изолятор (а) и гирлянда подвесных

изоляторов (б)  

Выключатели автоматические предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках или недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Автоматические выключатели классифицируются по следующим признакам: количество полюсов - от 1 до 4; токоограничивающие или не токоограничивающие; по виду расцепителя: с расцепителем, тепловым или полупроводниковым, в зоне токов перегрузки; с расцепителем электромагнитным в зоне токов коротких замыканий.

Конструкцией выключателя может предусматриваться наличие теплового (полупроводникового) или электромагнитного расцепителя, либо наличие теплового и электромагнитного расцепителя одновременно - т.н. комбинированный расцепитель; неселективные или селективные - с выдержкой времени в зоне токов короткого замыкания; по виду привода - с ручным приводом или электроприводом; по исполнению: стационарного исполнения с креплением неподвижно на щите или панели; выдвижной с креплением в раме (на DIN-рейке), с возможностью перемещения без разрыва электрической цепи для обслуживания и ремонта.

Многие типы автоматических выключателей предусматривают установку дополнительных сборочных единиц, дополнительных (сигнальных) контактов, независимых расцепителей, позволяющих дистанционно отключать автоматический выключатель. Кроме того, выключатели могут комплектоваться крепежными изделиями, специальными кабельными наконечниками, устройствами ручного дистанционного привода для оперирования выключателем без открывания двери шкафа, устройствами запирания выключателя на замок в положении «выключено» и т.п.

Нормируемые технические характеристики:

- номинальный ток выключателя - максимальное значение тока (переменного или постоянного), протекающего в длительном режиме через автоматический выключатель при нормальных условиях эксплуатации. Калибруемое значение номинального рабочего тока теплового (или полупроводникового) расцепителя  Iнр - такое значение тока, переменного или постоянного, при длительном протекании которого не происходит отключения автоматического выключателя, но происходит его отключение при протекании за нормированное время тока, большего по значению, как правило 1,05 Iнр...1,2 Iнр. Калибруемое значение номинального рабочего тока теплового (полупроводникового) расцепителя выбирается из стандартного ряда, но не может превышать номинального тока выключателя.

- уставка по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания - такое значение тока, переменного или постоянного, при котором происходит практически мгновенное срабатывание автоматического выключателя с разрывом электрической цепи. Уставка по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания нормируется либо в единицах тока, либо как величина, кратная току теплового расцепителя Iнр, например 10Iнр.;

- время срабатывания в зоне токов короткого замыкания - нормируется для селективных выключателей и определяет время выдержки до разрыва электрической цепи при достижении протекающего через выключатель тока величины, равной или превышающей установленный ток в зоне токов короткого замыкания;

- номинальное напряжение, В - напряжение переменного или постоянного тока, протекающего через автоматический выключатель, при котором нормируются его технические характеристики;

- предельная коммутационная способность - предельное значение токов короткого замыкания, при протекании которого сохраняется работоспособность автоматического выключателя.

Плавкий предохранитель — это коммутационный аппарат однократного действия, в котором при токе больше заданного значения размыкается электрическая цепь за счет расплавления плавкой вставки, нагреваемой током. Он служит для защиты участка цепи или электрической установки от действия токов короткого замыкания (КЗ) или от длительных перегрузок. В электрических сетях хозяйственного назначения плавкие предохранители применяют на напряжении до 35 кВ. В частности, для защиты силовых трансформаторов на подстанциях напряжением 35 кВ используют предохранители типа ПСН-35.

В электрических сетях до 1 кВ применяются плавкие предохранители следующих видов:  с открытой плавкой вставкой серии П; предохранители этой серии не имеют устройств, ограничивающих объем дуги, выброс пламени и частиц расплавленного металла;  с полузакрытым патроном серии СПО или ПТ; патрон предохранителя этих серий открыт с одной или двух сторон, что несколько ограничивает выбросы пламени и металла;  с закрытым патроном, в котором дуга гасится без выброса ионизированных газов; в предохранителях без наполнителя, плавкая вставка находится в заполненном воздухом патроне (серий Е27, ЕЗЗ, ПР1, ПР2, ПРС), в предохранителях с наполнителем — в патроне, заполненном кварцевым песком (серий НПН, ПН2, ПНБ, ПРТ и др.). Предохранители серий Е и ПРС — пробочные.

Основными параметрами предохранителей является номинальный ток, номинальное напряжение и предельный ток отключения.

Разъединители изготавливают для внутренней или для наружной установки, однополюсными и трехполюсными, с горизонтальным или вертикальным расположением ножей, с ножами заземления или без этих ножей.

Разъединители выбирают по номинальному напряжению и току, роду установки (наружная, внутренняя) и проверяют на термическую и динамическую устойчивость при коротких замыканиях.

В сетях 10, 20 и 35 кВ применяют однополюсные и трехполюсные разъединители типа РВК (внутренней установки) с приводом ПР-2 и ПР-3; разъединители типов РОН, РЛНД, РОНЗ. В обозначении аппарата: Р — разъединитель, В — внутренней установки, Н—наружной установки, О — однополюсный (одноколонковый), Л — линейный, Д - двухколонковый, 3 —с заземляющими ножами; числами выражены номинальное напряжение (кВ) и номинальный ток (А) и т. д.

Разъединители можно применять для отключения и включения тока замыкания на землю до 5 А на линиях 20 и 35 кВ и до 30 А на линиях 10 кВ и ниже, уравнительного тока до 70 А в сетях до 10 кВ, нагрузочного тока до 15А  в сетях до 10 кВ при условии, что отключение выполняется трехполюсным разъединителем с механическим приводом.

 

Лекция 5.  Теплофизика сельскохозяйственных сооружений

 

Содержание лекции:

- тепловой режим помещений;

- воздушный режим помещений;

- отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование воздуха.

Цель лекции:      

- знакомство с теплофизикой сельскохозяйственных сооружений.

 

В помещениях для содержания животных (крупного рогатого скота, свиней, овец, коз, кроликов и др.) в холодный период года должна поддерживаться определенная температура, что необходимо для повышения продуктивности животноводства.

Физиологические процессы в организме животных, как и в организме людей, в большой степени связаны с внешним теплообменом. Общий теплообмен каждого животного с окружающей средой зависит, прежде всего, от температуры воздуха. На здоровье и продуктивность животных вредно действует как слишком высокая, так и слишком низкая температура. Способность переносить холод и жару у разных видов животных и птиц неодинакова.

Огромное значение для обеспечения теплового режима имеет влажность воздуха.

Высокая температура, неблагоприятно воздействуя на животных, затрудняет теплоотдачу, а это влечет за собой понижение обмена веществ и, следовательно, ухудшение продуктивности. При этом основная часть тепла отдается путем испарения, на что расходуется большое количество влаги. Когда температура воздуха приближается к температуре тела животного, то нарушается равновесие между образованием тепла и его отдачей, температура тела повышается и наступает перегрев (тепловой удар). Действие высокой температуры усугубляется при отсутствии движения воздуха и при сильной его влажности.

В летнее время, особенно в южных районах, в помещениях для животных усиливают вентиляцию; чтобы увеличить приток свежего воздуха, животных поят охлажденной водой, на пастбищах делают навесы; пасут в ночное и утреннее время, обливают водой или купают.

Существует определенная зависимость между температурой и влажностью воздуха. Чем выше температура, тем больше абсолютная влажность и меньше относительная. В животноводческих помещениях относительная влажность воздуха бывает в пределах 50 - 90%.

Большое значение имеет и качество подстилки. Например, сухой торф, имеющий высокую влагоемкость, уменьшает влажность воздуха на 8 - 12%. Для уменьшения влажности полы в проходах посыпают негашеной известью (3 кг ее могут поглотить из воздуха до 1 л влаги).

В коровниках максимально допустимая влажность 85%, в помещениях для телят, свинарниках, птичниках - 75%.

Слишком низкая влажность воздуха также нежелательна: у животных пересыхают слизистые оболочки носоглотки, начинает трескаться кожа, шерсть становится сухой и ломкой. В чрезмерно сухом воздухе увеличивается количество пыли.

Системы отопления и вентиляции зданий должны обеспечивать в зоне размещения животных и птицы заданные метеорологические условия и чистоту воздуха: температуру, относительную влажность, скорость движения и газовый состав воздуха.

Все животноводческие и птицеводческие здания должны быть оборудованы вентиляцией. Необходимость отопления (охлаждения) этих зданий, а также производительность систем отопления (охлаждения) и вентиляции следует определять расчетом в зависимости от заданных параметров внутреннего и наружного воздуха, тепло-, влаго- и газовыделений в помещениях, тепла солнечной радиации и теплопотерь через ограждающие конструкции. Кондиционирование воздуха в помещениях для содержания животных и птицы допускается предусматривать по требованиям технологии при экономической целесообразности, если заданные метеорологические условия не могут быть обеспечены вентиляцией, в том числе вентиляцией с испарительным охлаждением воздуха.

Теплоснабжение животноводческих и птицеводческих зданий для отопления и вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд следует предусматривать централизованным - от тепловых сетей ТЭЦ и котельных. При технической возможности и экономической целесообразности допускается использование других источников тепла (электронагревательных устройств, теплогенераторов и т. п.).

 В качестве теплоносителя следует принимать горячую воду температурой 150 °С. Применение в качестве теплоносителя пара, горячей воды температурой ниже 150 °С или другого теплоносителя допускается при обосновании.

Системы горячего водоснабжения могут быть местные и централизованные.

В местных системах горячую воду приготовляют на месте ее потребления в газовых водонагревателях или колонках, индивидуальных нагревателях и т. д., рассчитанных на одну квартиру.

В центральных системах воду приготовляют в одном центре, из которого она транспортируется по трубам к потребителям.

Центральные системы горячего водоснабжения могут быть: с приготовлением горячей воды в водогрейных или паровых котлах, установленных в местных котельных; с приготовлением горячей воды в центральных тепловых пунктах (ЦТП) по закрытой схеме; с непосредственным водоразбором из тепловых сетей.

Централизованные системы приготовления горячей воды в водогрейных котлах применяют для одной или небольшой группы зданий. Недостаток такой системы — выделение шлама на внутренней поверхности котлов, поэтому такие системы применяют ограниченно. Для небольшой группы зданий применяют паровые котлы, пар из которых поступает в змеевик емкостного водоподогревателя, где конденсируется, нагревая воду, а конденсат через конденсатопровод поступает обратно в котел.

Паровые водоподогреватели предназначены для подогрева воды паром в системах отопления и горячего водоснабжения. Максимальное рабочее давление пара 10 кгс/см2. Водоподогреватели выпускают двухходовые  и четырехходовые. В системах с непосредственным водоразбором воды из тепловых сетей требуется организация мощных установок для химической обработки воды, поступающей в котлы районных котельных или тепловых станций.

При проектировании систем отопления, вентиляции и кондицио-нирования воздуха следует предусматривать оптимальный режим работы отопительно-вентиляционного оборудования  в течение года. При этом при промежуточных значениях температур наружного воздуха от 10 °С и ниже относительную влажность воздуха следует принимать равной:

- для районов со средней температурой наиболее холодной пятидневки выше минус 15 °С-85%;

- от минус 15 °С до минус 25 °С - 80%;

- от минус 25 °С и ниже - 75 %.

При проектировании естественной вентиляции в зданиях для крупного рогатого скота, свиней, кроликов и птицы расчетную температуру наружного воздуха следует принимать 5 °С, в зданиях для лошадей и овец - 2 °С.

При определении тепловой мощности систем отопления и вентиляции животноводческих и птицеводческих зданий необходимо учитывать дополнительные для этих зданий теплопотери на нагрев поступающих извне кормов и на испарение влаги с подстилки и смоченных поверхностей и тепловыделения от подстилки.

В помещениях для содержания животных и птицы в случаях, когда теплопотери не компенсируются тепловыделениями, необходимо предусматривать воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

В родильных отделениях крупного рогатого скота, в помещениях для содержания свиноматок с поросятами, молодняка кроликов и птицы допускается применять системы отопления с местными нагревательными приборами.

Для обогрева поросят-сосунов и молодняка птицы младших возрастов следует предусматривать системы локального обогрева.

Система отопления для выполнения возложенной на неё задачи должна обладать определённой тепловой мощностью. Расчётная тепловая мощность системы выявляется в результате составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха tн.р, называемой расчётной, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92·tн.р и определяемой для конкретного района строительства по нормам. Расчётная тепловая мощность в течение отопительного сезона используется частично в зависимости от изменения теплопотерь помещений при текущем значении температуры наружного воздуха и только при tн.р - полностью.

Изменение текущей теплопотребности на отопление имеет место в течение всего отопительного сезона, поэтому теплоперенос к отопительным приборам должен изменяться в широких пределах. Этого можно достичь путём изменения температуры и (или) количества перемещающегося в системе отопления теплоносителя. Этот процесс называют эксплуатационным регулированием.

Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких, теплота отдаётся с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в основном определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством лучеиспускания (радиации) - температурой поверхностей ограждений, обращённых внутрь помещения.

Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплофизических свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения и, в какой-то мере, через внутренние ограждения, отделяющие данное помещение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений естественным путем или в процессе работы системы вентиляции, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают в помещение снаружи.  В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации. В производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учёт всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания и определении дефицита или избытка теплоты.

Лекция 6. Системы отопления. Кондиционирование воздуха. Горячее водоснабжение

 

Содержание лекции:

- системы парового и воздушного отопления;

- газовое, электрическое и печное отопление;

- графики тепловой нагрузки.

Цель лекции:      

- ознакомление с системами отопления, горячего водоснабжения и     кондиционирования производственных помещений.

 

Системы парового отопления. Одним из основных преимуществ парового отопления является меньший расход по массе трубопроводов, чем в системе водяного отопления, а следовательно, и меньшие капиталовложения в систему отопления. Вторым не менее важным преимуществом является то, что коэффициент теплопередачи отопительного прибора при паре больше этого коэффициента при воде. А это значит, что теплоотдающая поверхность отопительного прибора при паре может быть меньшей, чем при воде.

К недостаткам систем парового отопления следует отнести высокую температуру поверхности отопительных приборов в период работы системы и невозможность качественного регулирования теплоотдачи приборов. Высокая

температура поверхности приборов делает невозможным применение теплоносителя пара в помещениях, где не исключена возгонка органической пыли, в помещениях с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями (жилые квартиры, общежития, детские учреждения, школы, больницы, в ряде сельскохозяйственных комплексов).

Возможно применение систем парового отопления в помещениях сельскохозяйственных комплексов при условии, что в этих помещениях нет пылевыделения, и при регулировании теплоотдачи отопительных приборов "пропусками", т.е. когда система периодически на какое-то время отключается, амплитуда колебания внутренней температуры не превышает установленного режима температуры для здания. Если система парового отопления устраивается в помещениях, где содержатся животные или птицы, необходимо ограждать все теплоотдающие поверхности с тем, чтобы исключить возможность ожога. В культивационных сооружениях применение систем парового отопления возможно при условии, что лучистый теплообмен между нагревательными поверхностями и растениями не будет превышать установленных пределов.

Системы парового отопления классифицируются по ряду признаков. По

давлению пара в котле системы разделяются на вакуум-паровые системы, сис-

темы низкого и высокого давления.

Системы воздушного отопления. Системы воздушного отопления, как правило, объединены с системами вентиляции и совместно предназначены для поддержания в помещениях санитарно-гигиенических и (или) технологических условий воздушной среды как по расчетным условиям теплового комфорта, так и по чистоте внутреннего воздуха. Децентрализованные (местные) и централизованные системы воздушного отопления применяются в любых видах зданий.

Нагревание воздуха в таких системах и циркуляция его осуществляются воздушно-отопительными агрегатами с механическим побуждением движения воздуха за счет действия гравитационных сил. Децентрализованные системы воздушного отопления могут работать полностью на рециркуляционном воздухе, с частичным использованием рециркуляционного воздуха и как прямоточные.

Децентрализованные системы воздушного отопления оборудуются отопительными агрегатами.

Электрическое отопление. Системы электрического отопления распространены при наличии избытков электроэнергии.

Системы очень просты в монтаже и имеют высокий коэффициент полезного действия (практически 100%). Подача теплоты легко автоматизируется.

К недостаткам систем можно отнести высокую температуру греющих элементов, повышенную пожароопасность и большие эксплуатационные расходы вследствие высокой стоимости электроэнергии.

Системы электрического отопления могут быть предназначены для полного покрытия отопительной нагрузки, для покрытия пиковых нагрузок и для работы в качестве доводчиков.  

Газовое отопление. В местных системах газового отопления газ сгорает непосредственно в отопительном приборе. Непосредственное сжигание газа при отсутствии промежуточного теплоносителя имеет неоспоримое преимущество перед другими системами отопления.

Наиболее широко в промышленности, сельском хозяйстве (фермы для содержания скота, птицы, боксы для содержания цыплят), а в настоящее время и в жилых и общественных зданиях применяются горелки инфракрасного излучения.

Отопление горелками инфракрасного (лучистого) излучения отличается от обычного тем, что необходимая теплота к потребителю в основном подводится непосредственно излучением: энергия распространяется как световые лучи и поглощается облучаемыми предметами, что приводит к их нагреванию.

Печное отопление. Отопительная печь относится к местным системам отопления. Одну печь предусматривают для отопления не более трех помещений, расположенных на одном этаже. В двухэтажных зданиях допускается применение двухъярусной печи с обособленными топливниками и дымоходами для каждого этажа. Кроме чисто отопительных печей, к печным устройствам относятся также огневые очаги хозяйственно-бытового и специального назначения: кухонные плиты, водогрейные котлы, сушильные печи, огневые борова для отопления теплиц и парников и др.

Кондиционирование воздуха. В зависимости от расположения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям системы кондиционирования воздуха (СКВ) делятся на центральные и местные, а по типу кондиционеров - на неавтономные и автономные.

Центральные СКВ имеют неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом, теплотой и электрической энергией. Местные СКВ могут иметь неавтономные и автономные кондиционеры, причем последние снабжаются извне только электрической энергией.

Неавтономные системы делятся на воздушные, подающие в обслуживаемые помещения только воздух, и водовоздушные, подающие воздух и воду, которые несут теплоту или холод в теплообменники, установленные в обслуживаемых помещениях.

По периоду действия СКВ разделяются на круглогодичные, для теплого

периода (охладительно-осушительные) и для холодного периода (нагреватель-

но-увлажнительные). СКВ устраиваются с качественным (изменяются только

параметры подаваемого воздуха), количественным (изменяется только количество подаваемого воздуха) и количественно-качественным регулированием.

Котельные установки малой и средней мощности широко применяются для различных технологических процессов, теплоснабжения, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, объектов промышленного и сельскохозяйственного строительства. В сельском хозяйстве пар, вырабатываемый котлами, используется на животноводческих фермах для запаривания кормов, а также для отопления теплиц и сушки зерна.

Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые котельные установки для производства водяного пара, водогрейные котельные установки для получения горячей воды и смешанные котельные установки, оборудованные паровыми и водогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.

Электрические котельные используются для теплоснабжения, горячего водоснабжения или снабжения паром жилых зданий, производственных и сельскохозяйственных сооружений.

Главный элемент электрической котельной – электрокотел с водой или другим теплоносителем, который нагревается с помощью системы нагревателей и передается по трубам по предусмотренному маршруту. Также имеется модуль контроля, измерения и управления и модуль с насосами.

Газовая котельная – это комплекс из электроустановок и соответствующего оборудования. Основным элементом являются водогрейные или паровые котлы. От его мощности зависит мощность всей установки.

Дизельные котельные работают на жидком топливе, доступном на данной территории. Чаще всего это солярка, но также могут использоваться нефть или мазут. Такое топливо широко распространено, поэтому дизельные котельные можно устанавливать даже в тех местах, где отсутствуют какие-либо внешние коммуникации, включая газопровод.

В соответствии с назначением потребителей теплоты, тепловые нагрузки принято делить по видам на отопительно-вентиляционные, технологические и горячее водоснабжение. В данном случае важное значение имеет замечание о том, что в сельскохозяйственном производстве отопительно-вентиляционное теплопотребление имеет большую долю, чем в других отраслях производства.

Потребителей теплоты характеризуют графики тепловых нагрузок (суточные, сезонные и годовые). На основе графиков потребления теплоты определяют режимы регулирования, составляют схемы автоматизации, устанавливают необходимость в местных резервных источниках теплоты. Графики тепловых нагрузок оказывают значительное влияние на режимы работы источников, показатели их работы.

Тепловые нагрузки в зависимости от характера изменения во времени делят на сезонные и круглогодовые. Сезонные тепловые нагрузки характеризуются переменным годовым и сравнительно постоянным суточным графиком расхода теплоты. Отопительно-вентиляционные нагрузки относятся к сезонным, поскольку системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используют теплоту не круглый год, а только в течение какой-то его части, в зависимости от климатических условий. Температура и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветра, интенсивность солнечной радиации определяют не только продолжительность, но и величину сезонной тепловой нагрузки. Кроме внешних факторов, на режимы теплопотребления в значительной мере влияют изменения требований к микроклимату: в животноводческих и птицеводческих помещениях в зависимости от стадии роста и развития животных и птицы, в теплицах - от вида и стадии развития культивируемых растений. Наибольший расход тепла наблюдается в зимние месяцы, в весенне-осенний период расход тепла значительно снижается и в летние месяцы минимален.

Для круглогодовой тепловой нагрузки характерны сравнительно постоянный годовой и резко переменный суточный график потребления теплоты. К круглогодовым тепловым нагрузкам относятся горячее водоснабжение и технологическая тепловая нагрузка. Тепловые нагрузки сельскохозяйственного производства имеют ряд особенностей. Для отдельных сезонных потребителей теплоты сельскохозяйственного производства (животноводческие и птицеводческие предприятия и сооружения защищенного грунта) характерен не только переменный годовой и сезонный графики, но и переменный суточный график потребления теплоты.

 

Лекция 7.  Вентиляция производственных и коммунально-бытовых зданий

 

Содержание лекции:

- принципиальные схемы вентиляции;

- расчет системы вентиляции, подбор вентиляторов.

Цель лекции:      

- ознакомление с системами вентиляции производственных и коммунально-бытовых зданий.

 

По степени использования наружного воздуха центральные системы кондиционирования воздуха (СКВ) подразделяют на прямоточные, рециркуляционные и с частичной рециркуляцией.

В прямоточных СКВ, принципиальная схема которых представлена на рисунке 7.1, используется только наружный воздух. Эти системы забирают наружный воздух, обрабатывают его до необходимых параметров и подают в обслуживаемые помещения. Из помещений воздух удаляется системами вытяжной вентиляции.

 

1 - воздухоприемная камера; 2 - центральный кондиционер;

3 - приточный вентилятор.

 

Рисунок 7.1- Принципиальная схема центральной прямоточной СКВ

 

В рециркуляционных (замкнутых) СКВ (см. рисунок 7.2) многократно используется один и тот же воздух, который забирается из помещения, подвергается в кондиционере необходимой обработке и снова подается в помещение. Таким образом, осуществляется полная рециркуляция воздуха. Рециркуляционные системы применяют для помещений, в которых образуются только тепло- и влагоизбытки и в которых отсутствуют выделения вредных паров, газов и пыли.

Наиболее распространенной является СКВ с частичной рециркуляцией, в которой используется смесь наружного и рециркуляционного воздуха (см. рисунок 7.3). Такие системы применяют при условии, что воздух, используемый для рециркуляции, не содержит токсичных паров и газов, а расчетное количество вентиляционного воздуха для удаления избытков теплоты и влаги превышает количество наружного воздуха, которое должно подаваться в помещение для ассимиляции вредных паров и газов. Кроме того, использование рециркуляционного воздуха должно приближать температурно-влажностные параметры наружного воздуха к требуемым параметрам приточного воздуха.

1 - вытяжной вентилятор; 2 - воздухоприемная камера;

3 - центральный кондиционер; 4 - приточный вентилятор.

Рисунок 7.2- Принципиальная схема центральной рециркуляционной (замкнутой) СКВ

 

1 — воздухоприемная камера; 2 — вытяжной вентилятор; 3 — воздуховыбросная шахта; 4 — воздуховод вытяжной системы; 5 — приточный воздуховод; 6 — вентилятор; 7 — центральный кондиционер.

Рисунок 7.3 - Принципиальная схема однозональной центральной ОКБ с частичной рециркуляцией

Если требуется подавать в помещения воздух с различными параметрами, то применяют многозональные СКВ  (см. рисунок 7.4). В многозональных СКВ приточный воздух доводится в центральном кондиционере до определенных параметров, по воздуховодам подается к помещениям, а перед выдачей в помещения подвергается дополнительной обработке в тепломассообменных аппаратах. В местных доводчиках воздух доводится до параметров, требуемых для каждого помещения.

Современные центральные СКВ оборудуются неавтономными кондиционерами в секционном и агрегатном использовании. Наиболее распространенными в центральных СКВ являются секционные горизонтальные типовые кондиционеры с форсуночной камерой. В настоящее время такие кондиционеры выпускают производительностью по воздуху от 10 до 250 тыс. м3/ч.

1 - воздухоприемная камера; 2 - местный доводчик; 3 - воздуховод;

4 - вентилятор; 5 - центральный кондиционер.

Рисунок 7.4 - Принципиальная схема многозональной СКВ

 Расчет вентиляции - важный этап в процессе обеспечения микроклимата здания или помещения.

Для того чтобы рассчитать вентиляцию помещения нужно знать:  назначение помещения;  площадь помещения; сколько тепла выделяет оборудование; сколько людей постоянно находится в помещении.

В первую очередь приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов (прямые участки и фасонные изделия) и воздухораспределительных решеток. После того как сеть воздуховодов составлена, подбирается приточная установка, после чего рассчитывают скорость потока воздуха, уровень шума и напор воздуха в системе.

Напор воздуха зависит от мощности вентилятора, диаметра воздуховодов, количества поворотов и переходов на разные диаметры между воздуховодами. Чем длиннее трасса и чем больше переходов и поворотов в системе, тем выше должен быть напор воздуха.

Одна из важных задач при расчете вентиляции - соблюсти баланс между шумностью и эффективностью системы.

В случае если в системе устанавливается обогреватель воздуха (калорифер), его мощность рассчитывается исходя из требуемой в помещении температуры и нижнего уровня температуры воздуха за окном.

Для того чтобы правильно подобрать необходимое оборудование нужно рассчитать производительность по воздуху.  Это производится на основании следующей информации и документов:  поэтажный план здания (помещений);

экспликация, в которой указаны назначения и площадь всех помещений;  требуемая кратность воздухообмена (определяется исполнителем на основе требований заказчика), она показывает количество полной смены воздуха в помещении за один час и зависит от количества находящихся в нем человек и назначения. Требуемая производительность по воздуху определяется по максимальному значению воздухообмена для одного из этих показателей - кратность воздухообмена или количество людей в помещении.

Формула для расчета воздухообмена по кратности:

L = n·S·H,

где L - требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

      n - нормируемая кратность воздухообмена (например для жилых помещений n =1, для офисов n= 3, для баров и ресторанов n = 10);

      S - площадь помещения, м2;

      H - высота помещения, м.

 

Формула для расчета воздухообмена по количеству людей:

L = N · Ln,

где L - требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

      N - количество людей в помещении;

      Ln - норма расхода воздуха на одного человека ( 20 м3 - состояние покоя, 40 м3 - работа за компьютером, 60 м3 - физический труд).

 

На основании необходимого воздухообмена выбирается приточная установка или вентилятор. При этом нужно учитывать что происходит уменьшение мощности вентилятора из-за сопротивления сети воздуховодов.

Калорифер в системах приточной вентиляции служит для подогрева подаваемого воздуха. Выбор мощности калорифера зависит от температуры наружного воздуха в самое холодное время года. Кроме того в системе должен быть установлен регулятор мощности обогрева.

Лекция 8. Тепловые сети. Оборудование тепловых сетей

 

Содержание лекции:

- трубопроводы;

- опоры;

- компенсаторы.

Цель лекции:

- ознакомление с  устройством тепловых сетей.

 

Тепловая сеть - это система покрытых теплоизоляцией трубопроводов централизованного теплоснабжения, по которым теплота переносится теплоносителем от источника к потребителям. В зависимости от теплоносителей тепловые сети подразделяют на водяные, паровые и сети сбора и возврата конденсата.

В водяных сетях теплоноситель (вода) циркулирует по трубопроводам между источником тепла местом приготовления горячей воды и потребителями, отдав часть своего тепла, теплоноситель возвращается к источнику тепла. В паровых сетях теплоноситель (пар) направляется от источников тепла по паропроводу к потребителям, затем, отдав часть своего тепла, в виде конденсата по конденсатопроводу  возвращается к источнику тепла.

После подогрева охлажденной воды в котлах источника тепла или преобразования конденсата в пар теплоноситель вновь подается к потребителям, а затем вновь возвращается к источнику тепла. Цикл повторяется.

Источником тепла служат местные котельные, которые обслуживают одно или несколько строений, централизованные (групповые) районные или квартальные котельные, обслуживающие строения района или квартала города, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающее комбинированно тепловую и электрическую энергии. ТЭЦ обслуживают весь город, населенный пункт или значительную часть районов больших городов. Снабжение потребителей от ТЭЦ называется теплофикацией.

По характеру потребителей тепловые сети подразделяются на промышленные, коммунальные и смешанные.

Водяные сети делятся на однотрубные, двухтрубные и многотрубные. Как правило, водяные тепловые сети строят двухтрубными.

По конфигурации тепловые сети бывают тупиковые и кольцевые.

Системы тепловых сетей могут быть открытыми, если производится непосредственный водоразбор из теплопроводов, и закрытыми, если непосредственного водоразбора из тепловых сетей нет, и, таким образом, в сетях циркулирует постоянное количество воды.

В зависимости от длины и диаметра трубопроводов, а также количества передаваемой по ним тепловой энергии тепловые сети подразделяются на:

- магистральные  — от источника тепла до микрорайона (квартала) или до предприятия;

- распределительные  — от магистральных сетей до сетей к отдельным зданиям, при расположении распределительных сетей внутри квартала эти сети называются внутриквартальными или разводящими сетями;

- сети к отдельным зданиям — ответвления от распределительных или магистральных сетей до узлов присоединения местных систем потребителей тепла или до индивидуальных тепловых пунктов зданий; эти ответвления называют также вводами.

Прокладка трубопроводов может быть наземной и подземной. Наземные теплопроводы разрешается прокладывать только в малонаселенной местности, либо по территории промышленного предприятия. Трубопроводы прокладываются по низким опорам, либо на мачтах, эстакадах и т.п. Не допускается их прокладка по фасаду здания.

Подземная прокладка может быть канальная или бесканальная. Каналы могут быть проходные, полупроходные и непроходные. Проходные применяются при большом скоплении коммуникаций. Размеры канала выбираются  из условия свободного прохода человека. Полупроходные сооружаются когда трубопроводы требуют постоянного наблюдения, а сооружение проходных каналов экономически нецелесообразно. Размеры полупроходных каналов выбираются из условия прохода человека в полусогнутом состоянии.

Проходные и полупроходные каналы должны быть оснащены системой вентиляции, поддерживающей температуру воздуха в канале не выше 500С, иметь освещение (u<30В), иметь устройство для отвода дренажных вод, через каждые двести метров должны быть люки.

Непроходные каналы – из готовых железобетонных конструкций. Размер канала зависит от диаметра прокладываемого трубопровода. В местах скопления арматуры делаются теплофикационные колодцы, павильоны, камеры.

Прокладка бесканальная может быть в литых, шамотных и засыпных конструкциях.

Опоры трубопроводов делят на свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес трубопровода с тепловой изоляцией, теплоносителем и позволяют трубопроводу свободно перемещаться (см. рисунок 8.1).

Неподвижные опоры воспринимают усилия внутреннего давления, реакцию компенсаторов и свободных опор. Они фиксируют положение трубопроводов.

Удельная нагрузка:

,

где qв – вес трубопровода с изоляцией и снеговым покрытием на 1 м трубы;

      qг – горизонтальная составляющая (ветровое усилие):

 

где  k – аэродинамический коэффициент (1.4…1.6);

       Wв,  ρв – скорость и плотность воздуха;

       dH – диаметр тепловой изоляции.

 

 

Рисунок 8.1- Расположение свободных опор

Свободные опоры могут быть скользящими (см. рисунок 8.2), роликовыми (см. рисунок 8.3) и катковыми (см.рисунок 8.4).

 

 

1-тепловая изоляция; 2-опорный полуцилиндр; 3-скоба; 4-бетонный камень.

Рисунок 8.2 - Скользящая опора

 

Рисунок 8.3 - Роликовая опора

Роликовые опоры применяются на трубопроводах среднего диаметра. Из всех свободных опор наименьшее значение горизонтальной реакции имеют роликовые опоры.

 

Рисунок 8.4 - Катковая опора

В ряде случаев применяются также подвесные опоры (см.рисунок 8.5).

 

                                          1                    2

1-простая; 2- пружинная.

Рисунок 8.5 - Подвесные опоры

Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение при транспорте теплоносителя. При нагреве в стенке трубы возникают большие разрушающие напряжения. Если отсутствует компенсация температурных напряжений, то это может привести к разрушению трубопровода. Для компенсации температурных деформаций используют различные пластичные вставки (компенсаторы). По принципу действия компенсаторы разделяются на радиальные и осевые.

Осевые компенсаторы допускают перемещения трубопровода только по направлению оси. Их нельзя устанавливать близко к поворотам. Осевые компенсаторы: сальниковые, линзовые (сильфонные) (см. рисунок 8.6).

 

 Рисунок 8.6 - Линзовый компенсатор

Линзовые компенсаторы устанавливаются на трубопроводах низкого давления – до 0.5 МПа. Наибольшее распространение получили гнутые компенсаторы.

Радиальные компенсаторы позволяют перемещение трубопровода и в осевом, и в радиальном направлениях.

Лекция 9. Применение теплоты в животноводческих и птицеводческих комплексах и фермах

 

Содержание лекции:

- общие сведения о   применением теплоты в животноводстве и птицеводстве.

Цель лекции:      

- Ознакомление с применением теплоты в животноводческих и птицеводческих комплексах и фермах.

 

Помещения для животноводческих ферм и комплексов могут быть разнообразными по своей конструкции, устройству и оборудованию. Однако все они должны соответствовать общим зоогигиеническим требованиям, и прежде всего обеспечивать оптимальные условия микроклимата. Во многом это зависит от гигиенических свойств строительных материалов и теплозащитных качеств наружных ограждений. При зоогигиенической оценке строительных материалов существенное значение имеет их теплопроводность, гигроскопичность, теплоемкость и воздухопроницаемость.

С целью максимального сохранения тепла в помещениях для животных и предупреждения выпадения конденсата влаги на внутренней поверхности ограждений необходимо использовать строительные материалы с малой объемной массой, низкими значениями коэффициентов теплопроводности и теплоусвоения, повышенной удельной теплоемкостью, средней паро- и воздухопроницаемостью.

Оптимальный температурно-влажностный режим в животноводческих помещениях можно обеспечить лишь при наличии эффективной теплозащиты ограждающих конструкций. Надежная теплоизоляция ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих помещений в переходный и зимний периоды года позволяет рационально использовать биологическую теплоту животных, а в летнее время — защищать животных от действия высоких внешних температур.

Следует иметь в виду, что улучшение теплозащитных свойств ограждающих конструкций требует дополнительных затрат, поэтому в каждом конкретном случае целесообразность их применения должна быть экономически обоснована. Практика эксплуатации животноводческих ферм и комплексов показывает, что использование строительных материалов с повышенными теплоизоляционными свойствами экономически оправдано не только для районов с низкими зимними расчетными температурами, но и для южных стран, поскольку в летнее время позволяет предотвратить губительное влияние высоких температур на организм животных.

Водяные пары в воздухе помещений изменяют его теплоемкость и теплопроводность. Конденсация водяных паров на стенках и других ограждениях увеличивает их теплопроводность, уменьшает паро- и воздухопроницаемость и губительно влияет на технологическое оборудование, в частности на электродвигатели в приводах машин. Установлено, например, что один и тот же двигатель может работать в промышленных условиях до 10 лет, а в свинарнике едва выдерживает 1...2 года.

Относительная влажность воздуха в животноводческих помещениях должна быть, %: в коровниках — 40...85, в секциях для молодняка — 40...75, в свинарниках — 40...75, в овчарнях — 75, в птичниках — 60...70.

Скорость движения. При низких температурах и высокой влажности увеличение скорости движения воздуха вызывает усиление теплоотдачи организма, что может привести к переохлаждению последнего: при высоких температурах большая скорость движения воздуха предохраняет животных от перегревания, однако молодняк сельскохозяйственных животных очень чувствителен к ней. Птица также чутко реагирует на движение воздуха и не выносит сквозняков, которые часто служат причиной простудных заболеваний.

В животноводческих помещениях скорость движения воздуха в зоне нахождения животных (птицы) должна быть: зимой 0,2...0,4 м/с, летом 0,5...1,5 м/с.

Источники поступления водяных паров в помещениях: вентиляционный наружный воздух (10...15%), испарения с пола, стен, потолка, кормушек (10...25%), выделения с поверхности кожи животного, со слизистых оболочек дыхательных путей и ротовой полости, а также с выдыхаемым воздухом (60...70%). Например, в помещении на 200 коров выделяется 1,5...5 т влаги в сутки, а в помещении на 100 свиней — до 2 т водяного пара.

При низкой температуре и высокой влажности воздуха поверхность тела животных выделяет большое количество теплоты, так как теплоемкость влажного воздуха в 10 раз больше теплоемкости сухого воздуха. Это вызывает охлаждение и простудные заболевания животных. Высокая влажность способствует сохранению микроорганизмов в помещении, в том числе патогенной и грибковой микрофлоры, которая часто служит причиной возникновения кожных заболеваний (стригущий лишай, экзема, чесотка и др.). Кроме того, при высокой влажности и пониженной температуре увеличивается расход кормов на единицу продукции, ухудшается аппетит у животных, снижаются привесы и продуктивность.

Чрезмерно низкая влажность воздуха (менее 30...40%) при повышенной температуре также неблагоприятно отражается на состоянии животных, особенно молодняка, вызывая сухость слизистых оболочек, усиленную жажду, потоотделение, резкое снижение сопротивляемости организма инфекциям. Так, воздух птицеводческих помещений с относительной влажностью ниже 50 % считается сухим, вызывает раздражение слизистых оболочек, дыхательных путей и глаз, повышает хрупкость пера, усиливает потерю влаги организмом. При этом увеличивается потребность птицы в воде, ухудшается поедаемость корма и снижается продуктивность. Слишком низкая влажность обусловливает повышение запыленности воздуха, что может явиться причиной респираторных заболеваний.

Благоприятный микроклимат животноводческих комплексов и ферм создает условия для увеличения продуктивности животных. В связи с этим в последние несколько лет происходит повсеместное перевооружение животноводческих и птицеводческих комплексов, внедряются современные энергоэффективные отопительные системы.

Как правило, животноводческие комплексы - это большие по площади помещения, с высокими потолками и бетонным полом. Для обогрева таких помещений необходима такая теплотехника, которая сможет поддерживать температурно-влажностный режим, не оказывая негативного влияния на животных.

Животноводство является одним из основных потребителей энергии в сельском хозяйстве. Удельный вес потребляемой животноводством энергии в различные периоды времени составлял 17,2-21,3% от общего энергопотребления при производстве сельскохозяйственной продукции, а в энергообеспечении стационарных процессов его доля еще больше - 35-49 %. Анализ потребления энергоресурсов по отраслям животноводства показывает, что фермы для содержания крупного рогатого скота являются основными потребителями энергии в животноводстве (на их долю приходится 46-51,5 % от общего энергопотребления в отрасли).

Одно из важных направлений экономии энергоресурсов в животноводстве - утилизация тепла, содержащегося в воздухе животноводческих помещений. Тепловыделения животных составляют приблизительно 4,3 млн. тонн удельной теплоты в год, причем 0,3 млн. тонн  образуется летом и должно быть удалено из помещения посредством вентиляции, а теплота, эквивалентная 4 млн. тонн удельной теплоты получается в зимний и переходный периоды года и может быть использована на обогрев помещений.

В настоящее время отечественными специалистами разработано достаточное количество рекуперативных теплоутилизаторов для животноводческих помещений, в которых теплообмен между удаляемым теплым воздухом и холодным приточным происходит без их непосредственного контакта - через разделительную стенку или с использованием промежуточного теплоносителя. Конструктивное исполнение рекуперативных теплообменников самое разнообразное.

Уменьшение энергопотребления на создание микроклимата предлагается производить за счет сокращения затрат на отопление, этому способствуют переход на децентрализованные системы отопления, применение локального обогрева и систем утилизации тепла, а также автоматизация тепловентиляционного оборудования, оптимизация управления тепловой мощностью и подачей воздуха.

 

Лекция 10. Теплоснабжение сооружений защищенного грунта

 

Содержание лекции:

- виды обогрева;

- предупреждение перегрева растений в теплицах;

- регулирование микроклимата в сооружениях защищенного грунта.

Цель лекции:      

- ознакомление с основными видами обогрева сооружений защищенного грунта.

Самая большая проблема при эксплуатации культивационных сооружений — поддерживать оптимальную для каждого растения температуру воздуха и грунта. Только правильное соотношение этих факторов позволяет получить самый ранний и качественный урожай, поскольку температура воздуха и грунта определяют скорость усвоения растениями питательных веществ.

Системы отопления теплиц должны удовлетворять следующим основным  требованиям, вытекающим из особенностей микроклимата, технологического режима, ограждающих конструкций:

1) Основные теплотехнические требования: обеспечивать требуемые температуры воздуха в рабочем объеме, листьев растений, корнеобитаемого слоя почвы; локализовывать холодные потоки воздуха в пристенной зоне; обеспечивать снеготаяние на кровле.

2) Вспомогательные требования: способствовать борьбе с перегревом в весенне-летний период; не ухудшать светового режима и не снижать фотосинтеза; уменьшать инфильтрацию через наружные ограждения; создавать требуемую подвижность воздуха.

3) Требования к управляемости системой: подавать в сооружение необходимое количество теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, снегопада и отсутствия снега на кровле; обладать малой инерционностью.

4) Конструктивные требования: не мешать технологическому процессу; не занимать полезную площадь.

5) Эксплуатационно-экономические требования: надежность в эксплуатации; индустриальность; экономичность в расходе металла и электроэнергии; минимальные приведенные затраты; долговечность; небольшие затраты на заработную плату обслуживающему персоналу.

Для отопления теплиц используют различные источники тепла: солнечную радиацию, основанную на "парниковом эффекте", биотопливо, газ, тратуарная плитка, уголь, электроэнергию, геотермальные воды и т. п. Говоря о техническом обогреве (водяное, газовое, электрическое отопление), нужно учитывать многие факторы: климат, биологические особенности и сроки выращивания растений, конструкцию теплицы, теплопотери, наличие магистрального водо-, газо- и электроснабжения. Опыт показал,  что наиболее практичны и доступны для массового использования - солнечный и биологический обогрев.

Солнечный обогрев — самый дешевый и экологически чистый. В результате "парникового эффекта" температура воздуха в теплицах повышается на 10—30°С. Однако в случае продолжительного ненастья солнечный обогрев не гарантирует защиту растений от заморозков. Поэтому обычно его сочетают с другими видами отопления, чаще всего — с биологическим обогревом.

Биологический обогрев — наиболее простой и доступный для огородника, хотя и требует определенных затрат. Биотопливо известно с давних пор, его с успехом применяли для парников, не меньше пользы оно приносит и в теплице. В качестве биотоплива используют любые органические материалы (навоз, бытовой мусор, отходы, древесные опилки, древесная кора, листва, растительные остатки, солома), выделяющие тепло в процессе гниения. Лучше всего для этих целей использовать солому либо навоз. Классическим биотопливом считается конский навоз. Он интенсивно разогревается, после разогрева температура повышается до 60—70°С, затем, медленно снижаясь, через два месяца достигает 27—30 °С. Такой навоз можно применять в качестве биотоплива с января — февраля в ранних парниках и теплицах. Навоз крупного рогатого скота разогревается медленно. Максимальная температура его не выше 53°С, к тому же она быстро снижается (через 7—15 дней до 28°С). В качестве биотопливо широко применяется солома, обеспечивая, например, повышение урожая огурца на 30— 40% по сравнению с использованием технического обогрева. В пленочных теплицах можно использовать соломенные тюки и нетюкованную солому. Биообогрев обеспечивает в воздухе оптимальное содержание углекислого газа, который необходим для нормального роста и развития растений.

При использовании различных способов обогрева надо учитывать биологические требования культур.

Наиболее распространенным в настоящее время  является водяной обогрев. При устройстве водяного  отопления для обогрева различных зон следует предусматривать несколько систем (см. рисунок 10.1):

- шатрового обогрева для обеспечения снеготаяния  и поддержания  требуемого температурного режима в верхней зоне;

- цокольного обогрева для  локализации  холодных потоков в пристенной  зоне;

- контурного подпочвенного обогрева - для предотвращения промерзания почвы в пристенной зоне;

- основного подпочвенного обогрева - для создания требуемого темпера-

турного режима в корнеобитаемом слое почвы;

- надпочвенного обогрева - для обеспечения равномерности температур в надпочвенной зоне.

В больших теплицах площадью 1...3 га все зональные системы водяного

обогрева должны быть самостоятельными, т.е. функционировать независимо одна от другой.

Температура теплоносителя для шатрового, цокольного и надпоч-венного обогрева tr = 95°С, to = 70°С; для подпочвенного tr = 45°С, to = 30°С.

1 - цокольный обогрев; 2 - шатровый обогрев; 3 - лотковый обогрев;

4 - надпочвенный обогрев; 5 - подпочвенный обогрев; 6 - контурный обогрев.

Рисунок 10.1 - Система отопления теплицы  

Другой распространенный способ обогрева теплиц - воздушный. Воздух с температурой 60...70°С подают в рабочий объем по перфорированным полиэтиленовым трубопроводам, укладываемым в надпочвенной зоне или подвешенным под лотками. Рассредоточенный выпуск воздуха целесообразно предусматривать также в пристенной зоне. При проектировании воздухораспределения следует иметь в виду, что приточные струи быстро затухают, проходя через рабочий объем с большим числом листьев и плодов. Увеличить скорость струи, для того чтобы она распространялась на большое расстояние, нельзя из-за близости растений.

Наиболее целесообразным является применение комбинированного водовоздушного обогрева, который и предусмотрен в ряде типовых проектов теплиц. Системы подпочвенного, шатрового и надпочвенного отопления должны быть водяными. Под лотки и в пристенную зону следует подавать нагретый воздух. Такая система совмещает преимущества водяной и воздушной.

Другим способом использования электрической энергии для отопления

теплиц является применение ламп накаливания, которые целесообразно уста-

навливать при воздушном, водяном (без обогрева почвы) или газовом обогреве теплиц.

Газовоздушный обогрев возможен путем непосредственного сжигания газа в теплицах или нагревания воздуха в газовоздушных калориферах. В настоящее время чаще всего используют комбинированный обогрев, когда в теплицу поступает теплота от продуктов сгорания газа и от воздуха, нагретого в газовоздушных калориферах.

Отопление и вентиляция теплиц и парников вместе с другими системами должны обеспечивать в них параметры микроклимата (температура воздуха и почвы, относительная влажность и скорость движения внутреннего воздуха). При этом системы отопления и вентиляции должны обеспечивать равномерность температуры и скорость движения воздуха соответственно технологическим нормам. Для этого рекомендуется в зону высотой один метр от поверхности почвы подавать не меньше 40% общего количества теплоты, включая теплоту на обогрев почвы (если он предусмотрен); в  остатке зоны системы удельная теплота (на 1 м2 поверхности ограждения, стенах) должна быть на 25% большая, чем теплоотдача приборов, размещенных на ригелях рамы (раньше размещали эти системы непосредственно под покрытием теплиц).

В теплицах обязательно предполагается естественная вентиляция. Если она не обеспечивает нужных параметров внутреннего воздуха, допускается применять смешанную вентиляцию (в сочетании естественной с механической) и испарительное охлаждение с увлажнением воздуха.

Для снижения температуры внутреннего воздуха в теплицах летом нужно использовать теплозащитные экраны и экраны для затемнения, которые уменьшают поступление солнечной радиации, или забеливание стекла разными красителями, которые легко смываются (мел, известь, ультрамарин).

Микроклимат культивационных сооружений зависит от спектральной и теплофизических характеристик материалов ограждений, степени герметиза-ции стыков.

Все основные факторы фито- и микроклимата в культивационных сооружениях, кроме освещенности, можно создать искусственно. Освещенность растений экономически выгодно обеспечивать солнечной радиацией, и только в отдельных случаях прибегают к дополнительному электрооблучению. Для понимания характера формирования микроклимата в теплицах надо освоить понятие солнечной радиации и значение ее составляющих.

В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепло внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум.

Лекция 11. Газоснабжение производственных предприятий и коммунально -бытовых зданий

 

Содержание лекции:

- общие сведения по газификации сельскохозяйственных сооружений.

Цель лекции:      

- ознакомление с газоснабжением производственных предприятий и коммунально -бытовых зданий.

 

Газоснабжение сельских населенных пунктов в зависимости от их территориального размещения осуществляется сетевым природным газом, подаваемым по магистральным газопроводам, или сжиженным газом, поставляемым с газораздаточных станций или кустовых баз. В структуре газопотребления сельских населенных пунктов в настоящее время газ расходуется в основном на бытовые и коммунально-бытовые цели, однако в последние годы область его применения расширилась. Так, газ используют для обогрева животноводческих помещений, птицеферм, теплиц, для огневой культивации полей, сушки зерна, фруктов, хлопка и для других производственных целей, что должно отразиться на общем характере газопотребления.

При выборе системы газоснабжения сельского населенного пункта, прежде всего, определяется объем газопотребления и решается вопрос его обеспечения природным сетевым или сжиженным газом. При относительно небольшом удалении газифицируемого пункта от магистрального газопровода и значительном объеме газопотребления чаще отдают предпочтение сетевому газу. Наоборот, при значительной отдаленности пункта от магистрального газопровода и ограниченном газопотреблении вариант снабжения его сжиженным газом может оказаться экономичнее, особенно в том случае, когда близко расположена кустовая газораздаточная база. Для окончательного решения необходимо технико-экономическое обоснование, при котором следует учитывать не только единовременные капитальные затраты, окупающиеся не менее чем за 5 лет, но и эксплуатационные расходы, являющиеся постоянно действующим фактором.

Если избран вариант снабжения сжиженным газом, то для мелких и средних сел с одноэтажной застройкой и численностью населения до 1000 чел. обычно применяют газобаллонные установки. Для более крупных сел со значительным количеством многоэтажных зданий экономичнее применять резервуарные установки сжиженных газов. Если принят вариант снабжения сетевым газом от магистрального газопровода, на отводе от него сооружают ГРС, подающую газ в поселковые сети.

Одноступенчатые системы внутрипоселковых газопроводов низкого давления можно применять лишь для небольших усадеб и маленьких поселков, расположенных вблизи ГРС, при компактной их застройке. Одноступенчатые системы среднего давления (p ≤ 3 кгс/см2) с использованием домовых регуляторов давления также имеют узкую область применения, так как при уменьшенных металло- и капиталовложениях в газопроводные сети общие капиталовложения (с учетом стоимости регуляторов) увеличиваются в 1.3 - 1.5 раза по сравнению с двухступенчатыми системами.

Наиболее применимы двухступенчатые системы газоснабжения при давлениях газа в первой ступени p1 ≤ 6 или 3 кгс/см2 и во второй ступени p2 ≤ 0.03 кгс/см2. При размещении ГРС непосредственно у поселка и отсутствии транзитных расходов двухступенчатые системы газоснабжения с давлением в первой ступени p1 ≤ 6 кгс/см2 не имеют заметного преимущества перед системами с давлением p ≤ 3 кгс/см2. Это объясняется незначительным уменьшением металлоемкости сети первой ступени при ее небольшой протяженности, следовательно, лучше применять в этом случае более безопасные системы с давлением p ≤ 3 кгс/см2.

Более существенно на экономичность системы газоснабжения влияет выбор схемы газопроводов второй ступени давления. Особенности застройки большинства сельских населенных пунктов позволяют проектировать разветвленную систему тупиковых газопроводов без кольцевания сетей. Из общей протяженности поселковых газовых сетей газопроводы низкого давления составляют 70 - 80%, причем половина их приходится на домовые вводы.

Несмотря на небольшие расходы газа при низкой плотности застройки протяженность газораспределительных сетей может быть значительной. В связи с этим для уменьшения металловложений в сеть целесообразно увеличивать число ГРП, преимущественно шкафного типа.

Для обогрева теплиц применяют газовоздушные калориферы, газовые теплогенераторы и радиационные инфракрасные излучатели. Наиболее эффективно применение горелок инфракрасного излучения, так как при этом возможно одновременное поддержание на оптимальном уровне температуры и влажности воздуха теплицы и содержания углекислого газа. Одна горелка тепловой мощностью 3000 - 4000 ккал/ч обеспечивает подкормку растений углекислым газом на площади 70 - 180 м2. Горелки располагают над обогреваемой площадью на высоте 1,5 - 3,5 м на расстоянии 2,5 - 4 м друг от друга (см. рисунок 11.1).

Кроме рассмотренного способа обогрева теплиц применяют системы отопления с использованием огневых и воздушных калориферов. В первом случае газ сжигается в двух огневых калориферах, размещаемых в торцевой части теплицы. Продукты сгорания газа перемешиваются с воздухом, нагнетаемым вентилятором. Образующаяся газовоздушная смесь с температурой 60˚ C подается в перфорированные асбестоцементные трубы, размещенные по внутреннему периметру стен теплицы. Выходящая из отверстий труб нагретая смесь создает сплошную тепловую завесу у ограждающих поверхностей. Содержащийся в смеси углекислый газ обеспечивает подкормку растений. Воздух для разбавления продуктов сгорания может нагнетаться из внешней среды, а при низких температурах наружного воздуха - из верхней зоны помещения. При использовании воздушных калориферов теплообмен между продуктами сгорания и нагреваемым воздухом осуществляется через металлические поверхности калорифера.

 

 

Рисунок 11.1 - Схема расположения горелок в теплице

Охлажденные продукты сгорания через дымовую трубу отводятся в атмосферу, а нагретый воздух вентиляторами подается в помещение теплицы. Углекислый газ для подкормки растений в этом случае доставляется в жидком виде в баллонах. Чтобы избежать этого, иногда применяют системы комбинированного использования огневых и газовых калориферов.

На животноводческих фермах и птицефабриках широко применяются горелки инфракрасного излучения различных типов, позволяющие создать в помещениях для крупного рогатого скота, свиней, а также и для птиц микроклимат, отвечающий зоотехническим и зоогигиеническим требованиям и нормативам. При инфракрасном обогреве помещений можно обеспечить положительную температуру пола, стен и потолка, что исключает конденсатообразование и обеспечивает конвективный нагрев воздуха в помещении. Такая система отопления помещения весьма экономична, так как отпадает необходимость в промежуточных теплоносителях, а следовательно, и в котельных, теплотрассах и внутренних трубопроводных системах отопления. Это более чем в 50 раз снижает металлоемкость отопительных систем и повышает их к. п. д.

Перспективным направлением в использовании газового топлива для обогрева животноводческих помещений является применение газовоздушных калориферов (ГВК). Газовое топливо находит применение для сушки зерна, хлопка, табака, фруктов, травы и другой сельскохозяйственной продукции. Это повышает культуру производства и обеспечивает значительную экономию времени и средств на обработку продукции. В зависимости от вида продукции и особенностей технологии ее обработки сушка может осуществляться нагретым воздухом, смесью горячих продуктов сгорания с воздухом, радиационным способом.

Сушка зерна наиболее эффективна в стационарных и передвижных зерносушилках, оборудованных горелками инфракрасного излучения. Высокопроизводительные ленточно-транспортерные сушильные установки с такими горелками обеспечивают равномерную сушку зерна при температуре 60 - 65˚ C и понижение влажности зерна до 6%. Высушенное зерно полностью сохраняет хлебопекарные качества и способность к прорастанию.

Одним из эффективных способов уничтожения сорняков на полях является их огневая обработка с использованием газового топлива.

Подача газа промышленным и коммунальным предприятиям осуществляется следующим образом:

- без понижения давления газа, если давление газа в распределительном газопроводе и у потребителя одинаковы, т.е. (н/д; с/д; в/д);

- с понижением давления газа через ГРП, ГРУ, КРД, ШГРП, если давление газа в распределительном газопроводе и у потребителя разные;

- с понижением давления газа через центральные ГРП и с последующей подачей газа через местные ГРУ, ШГРП, КРД, располагаемые на газопотребляющих объектах, если давления разные.

На территории промышленных и коммунальных предприятий прокладку наружных газопроводов следует осуществлять, как правило, надземно.

В помещениях цехов, где установлены печи и агрегаты, использующие газ в качестве топлива, разрешается прокладывать газопроводы низкого и среднего давления. В котельных, расположенных в отдельно стоящих зданиях, разрешается прокладывать газопроводы высокого давления до 0,6 МПа. Газопровод вводится в помещение, где располагаются газопотребляющие агрегаты, либо в смежное помещение при условии соединения их открытым проемом.

Отключающие устройства на газопроводах в производственных помещениях промышленных и сельскохозяйственных предприятий, предприятий бытового обслуживания производственного характера следует предусматривать:

-   на вводе газопровода внутри помещения;

-   на ответвлениях к каждому агрегату;

-   перед горелками и запальниками;

-  на продувочных трубопроводах, в местах присоединения их к газопроводам.

Лекция 12. Теплотехнологические установки с топливными и электрическими источниками энергии

 

Содержание лекции:

- общие сведения по теплотехнологическим установкам.

 Цель лекции:     

- ознакомление с теплотехнологическими установками,  применяемыми в  сельском  хозяйстве.

 

В зависимости от числа камер, в которых реализуются все ступени (стадии) технологического процесса, выделяют установки  с однокамерным и многокамерным рабочим пространством. Установки с однокамерным или однозонным рабочим пространством (например, топливные, мартеновские и нагревательные печи) характеризуются относительно равномерным температурным полем греющих газов в объеме и, как правило, цикличностью их действия. Установки с таким рабочим пространством и циклическим действием в наименьшей мере удовлетворяют современным требованиям.

При однокамерном, но многозонном рабочем пространстве, установки отличаются непрерывностью работы и неравномерным полем температур газов в объеме (например, методические нагревательные печи, шахтные печи, вращающиеся печи). Установки с таким рабочим пространством более прогрессивны, чем первые.

Наиболее широкие возможности удовлетворения современным требованиям открывают варианты высокотемпературных теплотехнологических установок с многокамерным комбинированным рабочим пространством, если при этом обеспечивается набор эффективных теплотехнических принципов и источников энергии, а также реализуется совершенная тепловая схема. В многозонном и многокамерном рабочем пространстве можно выделить соответственно следующие зоны и камеры:

- предварительной тепловой или тепловой и физико-химической обработки исходных материалов;

- основной технологической обработки материалов, где или завершается технологический процесс в целом, или проводится его решающая стадия;

- технологической дообработки материалов;

- технологически регламентированного охлаждения технологического продукта.

В отличие от этих технологических зон и камер устройства, в которых осуществляется технологически не регламентированное охлаждение продукта, относятся к теплотехническим элементам установки.

В общем случае теплотехнологическая установка содержит от одной до нескольких зон или камер рабочего пространства.

В высокотемпературных теплотехнологических установках используются следующие источники энергии:

- топливо с воздушным окислителем (ТВ);

- топливо с обогащенным кислородом воздухом (ТОВ);

- топливо с технологическим кислородом (ТК);

- продукты горения топлива от смежных установок;

- электроэнергия (ЭЭ), способы реализация которой могут быть различными, в том числе и через низкотемпературную плазму;

- комбинированные источники энергии, которые включают совместное использование в печи источников ТВ и ТК; совместное использование ТВ (ТК) и электроэнергии (ЭЭ); другие варианты сочетания источников энергии.

Применение комбинированных источников энергии с расширяющимся использованием кислорода и электроэнергии является одной из особенностей новых теплотехнологических систем.

В высокотемпературных теплотехнологических установках с газовым теплоносителем наиболее широко используются следующие теплотехнические схемы и принципы:

-  плотного фильтруемого слоя – тепловая обработка свободной засыпки дробленых материалов, мелких изделий и других тел;

- кипящего или псевдоожиженного слоя – тепловая обработка зернистых или грубо измельченных материалов;

- взвешенного слоя – тепловая обработка измельченных материалов в условиях газовой смеси;

- пересыпающегося слоя – тепловая обработка сыпучего материала, перемещаемого различными способами;

- уложенных загрузок – тепловая обработка кладки изделий или полуфабрикатов;

- излучающего факела или излучающего газового потока;

- поверхностного излучателя;

- погруженного факела – тепловая обработка материала в ванне расплава, продуваемой газовым теплоносителем;

- комбинированная – тепловая обработка материалов в условиях последовательного применения двух или нескольких теплотехнических способов.

В соответствии с этими принципами можно выделить девять типов высокотемпературных теплотехнологических установок с газовым теплоносителем, имеющим аналогичное название (например, установка с кипящим слоем, установка с погруженным факелом и т. д.).

Применение комбинированных теплотехнических принципов является характерной особенностью многих новых и радикально модернизируемых действующих теплотехнологических установок.

Классификация теплотехнологических установок с электрическим источником энергии и способам электрического нагрева:

- косвенного нагрева (например, печи сопротивления);

- прямого (контактного) нагрева;

- индукционного нагрева;

- электродугового нагрева;

- электронно-лучевого нагрева;

- плазменного нагрева.

В установках без внешнего теплоиспользования теплота компонентов горения используется на нагрев исходных материалов или эндотермическую обработку топлива (химическая регенерация). Такие установки могут иметь высокий КПД использования топлива только при глубокой регенерации теплоты.

В установках с внешним (дополнительным) теплоиспользованием теплоту, после регенерации, направляют на производство другой технологической  или  энергетической продукции. Такое теплоиспользование непосредственно не решает каких-либо технологических задач данной теплотехнологической установки (почему и называется внешним), но может выступать как средство экономии топлива в замещаемых (по дополнительной продукции) установках.

Примером тепловых схем высокотемпературных теплотехнологиче - ских установок с пристроенными элементами установок внешнего тепло - использования являются традиционные промышленные печи, дополняемые без изменения структурной схемы собственно технологической установки котлами-утилизаторами, испарительным охлаждением элементов ограждения камер рабочего пространства, низкотемпературными технологическими аппаратами.

Теплотехнологические установки с органически встроенными элементами установок внешнего теплоиспользования отличаются тем, что последние внедряются в структурную схему основной установки, изменяя ее так, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия работы камер рабочего пространства и всей установки в целом.

Теплотехнологические установки с внешним замыкающим теплоис - пользованием, предназначенные для одноцелевой выработки заданной технологической продукции, отличаются от комбинированных агрегатов технологического или энерготехнологического назначения.

Например, комбинированный энерготехнологический агрегат предназначается для выработки энергетической и технологической продукции при заданных для каждой из них уровнях производства, являясь альтернативным решением раздельного варианта выработки этих видов продукции.

Температурный и тепловой график технологического процесса – графическая иллюстрация изменения температуры обрабатываемого материала и его теплопоглощения во времени в камерах рабочего пространства.

  

Лекция 13. Теплоэнергетические установки

 

Содержание лекции:

- котельные установки, теплогенератор,  компрессоры.

Цель лекции:      

- ознакомление с теплоэнергетическими установками.

 

Котельными установками называется комплекс оборудования для котельной, предназначенной для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей воды или пара заданных параметров.

В зависимости от назначения различают следующие котельные установки:

- отопительные котельные установки — для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

- отопительно-производственные котельные установки — для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологического водоснабжения;

- производственные котельные установки— для технологического теплоснабжения.

Котельная установка состоит из котельного агрегата, вспомогательных механизмов и устройств.

Котельный агрегат включает топочное устройство, трубную систему с барабанами, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, а также каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровку, газоходы и арматуру.

К вспомогательным механизмам и устройствам относят дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания (при сжигании твердого топлива), мазутное хозяйство (при сжигании жидкого топлива), газорегуляторную станцию (при сжигании газообразного топлива), контрольно-измерительные приборы и автоматику.

В процессе получения горячей воды или пара для отопления, для производственно-технических и технологических целей служат вода, топливо и воздух (рабочим телом является вода).

В промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве применяют различные виды котлов:

- паровой котел представляет собой устройство с топкой, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное  для получения пара давлением выше атмосферного, используемого вне котельной установки;

водогрейный котел — такое же устройство, но предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне котельной установки;

котел-утилизатор — это паровой или водогрейный котел, в котором в качестве источника тепла используются горячие газы технологического процесса;

котел-бойлер — паровой котел, в паровом пространстве которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне котла, а в естественную циркуляцию включен отдельно стоящий бойлер.

Стационарным называют котел, установленный на неподвижном фундаменте, передвижным — котел, имеющий ходовую часть или установленный на передвижном фундаменте.

В котельных установках используется различное вспомогательное оборудование:

- пароперегреватель - представляет собой устройство, предназначенное для перегрева пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле, в результате передачи ему тепла дымовыми газами;

- экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и служащее для подогрева или частичного испарения воды, поступающей в котел;

- воздухоподогреватель - предназначен для подогрева поступающего в топочное устройство воздуха теплом уходящих газов;

- питательная установка - состоит из питательных насосов для подачи воды в котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов и арматуры;

- тягодутьевое устройство — состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососа и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по газоходам, и удаление их за пределы котлоагрегата.

Устройство теплового контроля и автоматического управления включает контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласованную работу котельной установки для выработки необходимого количества пара определенной температуры и давления.

В устройство для подготовки питательной воды входят аппараты и приспособления, обеспечивающие очистку воды от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаление из нее газов.

Котельные установки, работающие на пылевидном топливе, оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями топлива, вентиляторами, а также системой транспортеров и пылегазопроводов.

Устройство для удаления золы и шлака состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: вагонеток или транспортеров или тех и других.

Топливный склад служит для хранения топлива.

Схема котельной с водогрейными котлами показана на рисунке 13.1.

Котлы предназначены для работы на жидком и газообразном топливе.

Воздух, необходимый для горения, подается в топку дутьевыми вентиляторами 5, а вода в котел — насосами 4, дымовые газы из котла удаляются в атмосферу за счет естественной тяги через трубу 1. На перекрытии котельного здания установлен деаэратор 3. Вода, нагретая в котле, поступает к потребителю, где отдает часть тепла и с пониженной температурой снова возвращается в котел для последующего подогрева. Топочное устройство оборудовано горелками 6.

 

 Рисунок 13.1 - Схема котельной с водогрейными котлами

 Теплогенератор - это промышленный нагреватель воздуха, представляющий собой современную и экономичную систему обогрева; эффективную вентиляцию в течение всего года. Теплогенератор также незаменимая вещь в случае необходимости экстренной подачи тепла.

Преимущества теплогенераторов:

 - благодаря высокому КПД и встроенному вентилятору, теплогенератор быстро обогреет объект. Минуя промежуточные теплоносители, тепло, возникшее в процессе горения, передается нагреваемому воздуху непосредственно через теплообменник. Эффект нагрева возникает сразу после включения устройства в рабочий режим;

- теплогенераторы соединяют в себе функции как отопления так и вентиляции. Воздух, подаваемый в помещение при необходимости может быть дополнительно очищен соответствующими фильтрами;

- при использовании теплогенераторов можно не опасаться за неблагоприятного влияния отрицательных температур, т.к. данные устройства могут обогревать помещения периодически, то есть тогда, когда это необходимо. Теплогенераторы незаменимы в тех местах, куда необходимо немедленно доставить тепло, т.к имеют возможность быстрого монтажа;

- при обогреве больших помещений, оптимальным будет равномерное распределение ряда теплогенераторов по длине помещения, поэтому каждое устройство можно подключить к общей системе вентиляции и воздуховодов, распределяющих нагретый воздух в нужные зоны помещения.

Высокий КПД, свыше 91%, гарантирует современная конструкция воздухоподогревателей, а безопасность и многолетнюю надёжную эксплуатацию - высокое качество применяемых материалов и узлов теплогенераторов. Теплогенераторы применяются в производственных помещениях, цехах, складах, гаражах, автомастерских, автосервисах, теплицах. Также теплогенераторы используются в отраслях, связанных с дорожным и капитальным строительством, сельским хозяйством, добычей полезных ископаемых в труднодоступных районах и т.п, т.к. погодный фактор здесь проявляется наиболее наглядно. В зависимости от объекта отопления, применяют теплогенераторы стационарные и мобильные.

Стационарные теплогенераторы позволяют отапливать воздухом крупные объекты, они могут производить теплый воздух не только для обогрева помещений, но и для обеспечения теплом технологических процессов, таких как сушка материалов, продуктов питания, окрашенных поверхностей и т.п.

Горелки у стационарных теплогенераторов могут быть различных видов: как универсальные, так, газовые или жидкотопливные. Главное – правильно рассчитать мощность теплогенератора: она должна превышать мощность, установленную на горелке, на 15-20%. После того как раскаленные газы из камеры сгорания попадают в теплообменник и нагревают воздух, нагнетаемый вентилятором, продукты сгорания удаляются через дымоход, а горячий воздух поступает в помещение через решетки в верхней части агрегата или через систему воздуховодов.

Мобильные теплогенераторы представляют собой устройства отопления закрытых помещений путем прогрева в них воздуха. Порой для обогрева строительных площадок, производственных помещений возникает необходимость в автономных и транспортабельных источниках тепла, которые легко доставляются на место, быстро включаются в работу и вырабатывают достаточную тепловую мощность. Мобильные теплогенераторы - наиболее оптимальное оборудование для эффективного, удобного и недорогого обогрева таких объектов. При работе мобильных теплогенераторов продукты сгорания топлива выходят наружу помещения, а горячий воздух распределяется по вентиляционным каналам. Мобильные теплогенераторы отличаются от стационарных возможностью свободного перемещения — его можно разместить в любом удобном месте, также можно оставить за пределами отапливаемого помещения (даже под открытым небом). Таким образом, направляя нагретый воздух внутрь посредством системы воздуховодов, они могут отапливать одно или даже несколько помещений. Приборы работают в режиме рециркуляции или частичного притока свежего воздуха. Область применения таких теплогенераторов очень широка, благодаря их мобильности, способности отводить продукты сгорания и независимости от присутствия системы вентиляции в помещении.

Компрессоры представляют собой особый тип агрегата, назначением которого является сжатие газа, в том числе воздуха, или газовых смесей, с последующей подачей их под высоким давлением. По своему принципу действия и некоторым конструктивным особенностям компрессионные системы делятся на следующие типы: поршневые; мембранные; винтовые; струйные; центробежные; осевые.

Следует определиться также, с каким газом придется работать компрессору. Для сжатия воздуха приобретается соответственно воздушный компрессор, но если придется сжимать аммиак, кислород, хлор, водород, окись углерода и прочие газы, необходимо приобретать газовый компрессор, который может работать с любыми газами или их смесями, кроме воздуха.

Теплоэлектростанция, вырабатывающая биогаз, работает по следующему принципу. Основным материалом для переработки выступает органические отходы, например остатки еды, навоз или ил из реки. Все это проходит долгий процесс брожения, после чего выделяется биогаз. Данное вещество собирается, активно очищается специальными средствами от вредных веществ и в итоге граждане могут сэкономить электроэнергию, пользуясь биогазом, который сами, по сути, и произвели. Рассмотрим  пример использования такой станции ( см. рисунок 13.2).

 

Рисунок 13.2 – Применение биогазовой установки

Лекция 14. Сельские трансформаторные подстанции

 

Содержание лекции:

- схемы электрических соединений подстанций на напряжение 35-110/10 кВ;

- трансформаторные подстанции на напряжение 6-10/0,4  кВ.

Цель лекции:      

- ознакомление с сельскими трансформаторными подстанциями.

 

Для уменьшения потерь электроэнергии при ее передаче (транспортировке) от места производства к потребителю, используют напряжение 35, 110кВ или выше. Такое напряжение нельзя подавать в жилые и производственные помещения. Основная масса однофазных потребителей рассчитана на напряжение 220В (0,23кВ), а трехфазные потребители  - на 380 В (0,4кВ).

Чтобы получить эти напряжения  используют понизительные подстанции. Подстанцией называется электрическая установка для преобразования и распределения электрической энергии по потребителям. Основным элементом каждой подстанции является трехфазный трансформатор.

По своему назначению подстанции подразделяются на районные подстанции и  подстанции для потребителей (сетевые или распределительные). По конструкции подстанции разделяются на закрытые и открытые. Чаще всего сельские подстанции выполняются открытыми.

На районных подстанциях с помощью силового трансформатора первичное напряжение 110кВ понижается до 10 или 6кВ. Это напряжение на районной подстанции подается на комплектное распределительное устройство наружной установки (КРУН) и от него по линиям электропередачи подается на подстанции потребителей, находящихся в непосредственной близости от районной подстанции.

На подстанциях потребителей напряжение понижается до значения 0,23кВ или 0,4 кВ и поступает к потребителям. В случае, если часть потребителей находится достаточно далеко (несколько десятков километров), то к ним от районной подстанции подается более высокое напряжение 35 кВ. Для его получения трансформатор районной подстанции выполняется трехобмоточным 110/35/10 кВ.

Часто на схемах для упрощения и наглядности вместо трех фаз условно показывают только одну фазу, подразумевая при этом все три фазы. Такую схему называют однолинейной. На рисунке 14.1 приведена однолинейная схема получения, передачи и преобразования электроэнергии.

Из нее видно, что  происходит тройное преобразование электрической энергии. Следовательно, установленная мощность трансформаторов равна утроенной мощности  производимой электроэнергии. Чтобы потери электрической энергии не были велики, трансформаторы должны иметь высокий КПД.  Кроме того они должны иметь высокую надежность в работе.

 

а — тупиковая; б — ответвительная; в — проходная: 1 — разъединитель; 2 — плавкие предохранители;  3 — масляный выключатель, 4 — отходящие линии. 

Рисунок 14.1 - Типовые схемы подстанций  

Рассмотрим подробнее как устроены подстанции потребителей. Основное оборудование сельской понизительной подстанции – силовой понижающий трансформатор и распределительное устройство высшего и низшего напряжения, а также аппаратура управления, защиты и сигнализации.

Для потребителей однофазного тока небольшой мощности  напряжением 0,23 кВ применяют однофазные трансформаторные подстанции мощностью 4-10 кВА напряжением 10/0,23 кВ. Их монтируют как проходные на отпайке от воздушной линии на одностоечных опорах или как тупиковые на концевых опорах.

Для электроснабжения трехфазных потребителей мощностью до 100кВА сооружают тупиковые или проходные мачтовые подстанции на П-образных деревянных опорах  (см. рисунок 14.2). Эти подстанции изготовляют в комплекте со всем необходимым оборудованием. Подстанцию подключают к линии 6-10 кВ, для чего на расстоянии 4-10 м от нее устанавливают А-образную концевую опору линии электропередачи, которая принимает на себя натяжение проводов воздушной линии.

На открытой огороженной площадке подстанции на высоте около 3,5 м устанавливают силовой трансформатор, который защищается предохранителями. Защита оборудования подстанции от перенапряжений при разрядах молнии осуществляется вентильными разрядниками, установленными в верхней части опоры. Низковольтная аппаратура размещена в шкафу, расположенном в  нижней части подстанции на уровне 1,2м от земли. В шкафу размещены вводной рубильник, магнитный пускатель, фотореле для автоматического управления уличным освещением и автоматические выключатели.

 

 

1 — распределительное устройство на 0,38 кВ; 2 — трубы для проводов 0,38 кВ;

3 — силовой трансформатор; 4 — разрядник иа 6...10 кВ; 5 — воздушная линия на 6...10 кВ; 6— предохранитель на 6...10 кВ. 

Рисунок 14.2 - Общий вид подстанции на П-образной опоре 

Здесь же установлен трехфазный счетчик электрической энергии с измерительным трансформатором тока. Напряжение 0,4 кВ  подводят к распределительному щиту и отводят от него к воздушным линиям  изолированными проводами, проложенными в стальных трубах.  Провода воздушных линий крепят на изоляторах. Подстанцию подключают к линии 10 кВ разъединителем, который устанавливают на концевой опоре линии электропередачи, благодаря чему можно выполнять все необходимые работы на подстанции при полном ее отключении, или, как говорят, при полном снятии напряжения.

Для питания крупных сельских поселков и животноводческих комплексов применяют унифицированные мачтовые подстанции. Мачтовые трансформаторные подстанции имеют А-, П- или АП- образные конструкции, изготавливаемые из деревянных или железобетонных стоек. На базе А-образной конструкции (иногда на одностоечной опоре) выполняют однофазные трансформаторные подстанции мощностью 5... 10 кВА. При этом А-образная конструкция одновременно может быть и концевой опорой воздушной линии высокого напряжения. На траверсе опоры монтируют разъединитель, разрядник, ниже — предохранители и силовой трансформатор. На уровне, удобном для обслуживания, расположен распределительный щит 0,23 кВ. Подстанции не имеют площадки для обслуживания силового трансформатора и высоковольтного оборудования.  Конструкции АП-образной формы применяют для подстанций с трансформаторами мощностью 160 и 250 кВА. Аналогично на опоре размещают все оборудование и она же является концевой опорой высоковольтной линии. Мачтовые трансформаторные подстанции также могут быть выполнены комплектными, в этом случае они обозначаются КТПМ. Сборные комплектные трансформаторные подстанции напряжением 35/6-10 кВ имеют обозначение СКТП. Передвижные комплектные трансформаторные подстанции обозначаются ПКТПН {ПКТП). Сборные комплектные трансформаторные подстанции в металлическом кожухе (шкафу), стационарные, наружной установки, имеют обозначение СКТПС.

В сельском хозяйстве получили распространение комплектные трансформаторные подстанции. Оборудование комплектной трансформаторной подстанции устанавливается на фундаменте высотой 1,8м. Подстанция подключается к линии электропередачи напряжением 6-10 кВ с помощью разъединителя, установленного на концевой опоре. Преимущество комплектных трансформаторных подстанций – применение типовых схем электрических соединений  высокое качество сборки и регулировки отдельных аппаратов, быстрота монтажа.

Комплектные подстанции изготовляются как для наружной установки (КТПН), так и для внутренней (КТПВ). Подстанции для наружной установки могут быть выполнены по схеме тупиковых или проходных, в последнем случае они обозначаются КТПП. Эти подстанции предусматривают установку трансформаторов напряжением 6-10/0,4 кВ, мощностью до 400 кВА.

Сельская комплектная трансформаторная подстанция СКТП представляет собой однотрансформаторную подстанцию тупикового типа наружной установки и служит для приема электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 6 или 10 кВ, преобразования в электроэнергию напряжением 0,4 кВ и снабжения ею потребителей.

СКТП представляет собой сборно-сварную конструкцию и состоит из: основания, воздушного ввода, шкафа РУНН. Подстанция подключается через разъединитель, который поставляется в комплекте (по требованию заказчика) и устанавливается по месту монтажа.

Лекция 15. Режимы нейтралей в трехфазных сетях

 

Содержание лекции:

- области эффективного применения различных режимов заземления нейтрали.

 Цель лекции:     

- знакомство с режимами заземления нейтрали.

 

Способ заземления нейтрали сети является достаточно важной характеристикой. Он определяет: ток в месте повреждения и перенапряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании; схему построения релейной защиты от замыканий на землю; уровень изоляции электрооборудования; выбор аппаратов для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений (ограничителей перенапряжений); бесперебойность электроснабжения; допустимое сопротивление контура заземления подстанции; безопасность персонала и электрооборудования при однофазных замыканиях.

В настоящее время в мировой практике используются следующие способы заземления нейтрали сетей среднего напряжения (термин «среднее напряжение» используется в зарубежных странах для сетей с диапазоном рабочих напряжений 1-69 кВ): изолированная (незаземленная); глухозаземленная (непосредственно присоединенная к заземляющему контуру); заземленная через дугогасящий реактор; заземленная через резистор (низкоомный или высокоомный).

Режим изолированной нейтрали достаточно широко применяется в РК. При этом способе заземления нейтральная точка источника (генератора или трансформатора) не присоединена к контуру заземления. В распределительных сетях 6-10 кВ обмотки питающих трансформаторов, как правило, соединяются в треугольник (см. рисунок 15.1), поэтому нейтральная точка физически отсутствует.

 

Рисунок 15.1- Схема двухтрансформаторной подстанции с изолированной нейтралью

 ПУЭ ограничивает применение режима изолированной нейтрали в зависимости от тока однофазного замыкания на землю сети (емкостного тока).

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются: возможность возникновения дуговых перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы–десятки ампер) в месте однофазного замыкания на землю; возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями; возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы; необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение; сложность обнаружения места повреждения; опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети; сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как реальный ток замыкания на землю зависит от режима работы сети (числа включенных присоединений).

Кроме того, значительное число повреждений трансформаторов напряжения типа НТМИ-6(10), ЗНОЛ-6(10), ЗНОМ-35 в отечественных сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю также связано с состоянием нейтрали сетей среднего напряжения.

Режим изолированной нейтрали имеет одно неоспоримое преимущество – малый ток однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), что позволяет: увеличить ресурс выключателей (поскольку однофазные замыкания достигают 90% от общего числа замыканий), снизить требования к заземляющим устройствам, определяемые условиями электробезопасности при однофазных замыканиях на землю.

Нейтраль  заземленная через дугогасящий реактор.

Она также достаточно часто применяется в РК. Этот способ заземления нейтрали, как правило, находит применение в разветвленных кабельных сетях промышленных предприятий и городов. При этом способе нейтральную точку сети получают, используя специальный трансформатор (см. рисунок 15.2).

 

 

Рисунок 15.2- Схема двухтрансформаторной подстанции с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор

 Достоинствами этого метода заземления нейтрали являются: отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю; малый ток в месте повреждения (при точной компенсации – настройке дугогасящего реактора в резонанс); возможность самоликвидации однофазного замыкания, возникшего на воздушной линии или ошиновке (при точной компенсации – настройке дугогасящего реактора в резонанс); исключение феррорезонансных процессов, связанных с насыщением трансформаторов напряжения и неполнофазными включениями силовых трансформаторов.

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются: возникновение дуговых перенапряжений при значительной расстройке компенсации; возможность возникновения многоместных повреждений при длительном существовании дугового замыкания в сети; возможность перехода однофазного замыкания в двухфазное при значительной расстройке компенсации; возможность значительных смещений нейтрали при недокомпенсации и возникновении неполнофазных режимов; возможность значительных смещений нейтрали при резонансной настройке в воздушных сетях; сложность обнаружения места повреждения; опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети; сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как ток поврежденного присоединения очень незначителен.

Схема глухозаземленной нейтрали представляет собой электрическое соединение нулевого полного сопротивления выполненного непосредственно между нейтралью и землей.

Так как нейтраль заземлена без токоограничивающего полного сопротивления, ток повреждения Ik1 между фазой и землей, практически, создает короткое замыкание фазы на нейтраль, то есть имеет большое значение. Отключение производится при первом повреждении изоляции.

Преимущества метода: схема глухозаземленной нейтрали идеально подходит для подавления перенапряжений; глухозаземленная нейтраль позволяет использовать оборудование с уровнем изоляции, рассчитанным на фазное напряжение; нет необходимости применять специальную защиту: используются обычные функции защиты от тока перегрузки в фазах для устранения глухих замыканий фазы на землю.

Недостатки метода: использование схемы глухозаземленной нейтрали влечет за собой все недостатки и опасности, связанные с большим током замыкания на землю: возникают максимальные повреждения и помехи; не обеспечивается бесперебойная работа поврежденного отходящего фидера; в силу возникновения высокого напряжения прикосновения создается большая опасность для персонала во время действия повреждения.

Нейтраль, заземленная через резистор (высокоомный или низкоомный).

Этот режим заземления используется в России и РК очень редко, только в некоторых сетях собственных нужд блочных электростанций и сетях газоперекачивающих компрессорных станций.

Резистор в отечественных сетях 6-10 кВ может включаться так же, как и реактор, в нейтраль специального заземляющего трансформатора (см. рисунок 15.3). Возможны и другие варианты включения резистора, когда нейтраль заземляющего трансформатора наглухо присоединяется к контуру заземления, а резистор включается во вторичную обмотку, собранную в разомкнутый треугольник, либо используется однообмоточный трансформатор (фильтр нулевой последовательности) с соединением обмотки ВН в зигзаг.

 

 

Рисунок 15.3 - Схема двухтрансформаторной подстанции с нейтралью, заземленной через резистор

Возможны два варианта реализации резистивного заземления нейтрали: высокоомный или низкоомный.

При высокоомном заземлении нейтрали резистор выбирается таким образом, чтобы ток, создаваемый им в месте однофазного повреждения, был равен или больше емкостного тока сети. Это гарантирует отсутствие дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях.

Как правило, суммарный ток в месте повреждения при высокоомном заземлении нейтрали не превышает 10 А. То есть высокоомным заземлением нейтрали является такое заземление, которое позволяет не отключать возникшее однофазное замыкание немедленно. Соответственно высокоомное заземление нейтрали может применяться только в сетях с малыми собственными емкостными токами до 5-7 А. В сетях с большими емкостными токами допустимо применение только низкоомного заземления нейтрали.

При низкоомном заземлении нейтрали используется резистор, создающий ток в пределах 10-2000 А. Величина тока, создаваемого резистором, выбирается исходя из нескольких конкретных условий: стойкость опор ВЛ, оболочек и экранов кабелей к протеканию такого тока однофазного замыкания; наличие в сети высоковольтных электродвигателей и генераторов; чувствительность релейной защиты.

Заземление нейтрали через резистор имеет достоинства: полное устранение феррорезонансных явлений; снижение уровня дуговых перенапряжений и устранение перехода ОЗЗ в двух- и трехфазные замыкания; возможность построения простых селективных защит от ОЗЗ.

К недостаткам резистивного заземления нейтрали следует отнести:

увеличение тока замыкания на землю (максимум на 40%); появление на подстанции греющегося оборудования (резистора мощностью 30–400 кВт).

Список литературы

Основная

1. Ерофеев В.Л., Пряхин А.С., Семенов П.Д. Теплотехника. – М.: Академкнига, 2006.

2. Шатров М.Г., Иванов И.Е., Пришвин С.А. Теплотехника. – М.: Академкнига, 2011.

3. Драганов Б.Х., Кузнецов А.В., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве.Учебник для вузов по инженерным специальностям сельского хозяйства.- М.: Агропромиздат, 1990 г.

4. Будзко И. А. Электроснабжение сельского хозяйства  / И. А. Будзко, Н. М. Зуль. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2000.

5. Будзко, И. А. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов  / И. А. Будзко, М. С. Левин. – М.: Агропромиздат, 1985.

6. Киреева Э.А. и др. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. – М.: НТФ Энергопрогресс, Энергетик, 2003.

7. Киреева Э.А. Справочные материалы по электрооборудованию (цеховые электрические сети, электрические сети жилых и общественных зданий), 2004.

8. Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства / Л. И. Васильев [и др.]. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Агропромиздат,1989.

9. Правила устройства электроустановок республики Казахстан. Союз инженеров-энергетиков. - Астана, 2010.

10. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1984.

 

Дополнительная

11.  Теплотехника. /Под общей редакцией Крутова В.И. - М.: Машиностроение, 1986 г.

12. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для проф. учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001.

13. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. –  М.: Энергоатомиздат, 1991.

14. Лукина, Г. В. Проектирование систем электрификации в сельском хозяйстве: учеб. пособие / Г. В. Лукина, М. Ю. Бузунова, И. В. Наумов. – Иркутск : Издво ИрГТУ, 1999.

15. Акимов Е.Г. Выбор, проектирование и монтаж электроустановок зданий.- М.: СмарБук, 2009.

16.   Методические указания  по расчету электрических нагрузок в сетях  0,38-110 кВ сельскохозяйственного назначения. Сельэнергопроект, 1982.

17. РД 34.20.178 Методические указания  по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38-110 кВ.

18. Прищеп, Л. Г. Учебник сельского электрика  / Л. Г. Прищеп. – 3-е изд., доп. и перераб. – М.: Агропромиздат, 1986.

19. Драганов Б.Х., Есин В.В., Зуев В.П. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - Киев, Выща школа, 1988.

Свод. план 2012 г., поз.280