Материал: Разработка проекта создания электротехнической лаборатории в образовательном учреждении среднего профессионального образования

Разработка проекта создания электротехнической лаборатории в образовательном учреждении среднего профессионального образования

1.      Введение

Данная работа представляет собой проект электротехнического оснащения учебной лаборатории, предназначенной для получения студентами определённых знаний и умений, практического освоения особенностей данной специальности.

Лаборатория предназначена для выполнения следующих целей:

проведение базовых экспериментов при изучении электротехнических дисциплин на электроустановках до 1000В;

систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности и применение их при решении конкретных технических, производственных и экономических задач;

поддержание и способствование научной работе студентов;

освоение базовых контрольно-измерительных электротехнических установок, приобретение навыков работы с ними и составление расчётной документации по полученным результатам.

Проект предполагает собой расчёт электроснабжения и электрооборудования лаборатории, а именно:

расчёт общей мощности;

расчёт заземляющего контура;

расчёт освещённости помещения;

расчёт общей нагрузки.

Также в дипломном проекте приведены технические характеристики всего электротехнического оборудования лаборатории, описаны характеристики вспомогательного оборудования, обязательного для обеспечения безопасности при работе в лаборатории.

Особое внимание уделяется требованиям охраны труда, пожаро- и электробезопасности, в связи с чем в лаборатории организовывается уголок норм и требований по обеспечению безопасной работы в лаборатории. В уголке представлена документация по правилам устройства электроустановок (ПУЭ), ГОСТ 12.1.009-76 от 28 мая 1976г. "Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность", ГОСТ Р МЭК 61140-2000 "Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности, обеспечиваемой электрооборудованием и электроустановками в их взаимосвязи", и другие нормативные и правовые акты по обеспечению безопасной работы в лаборатории.

Таким образом, проектирование и создание такой лаборатории желательно для учебного заведения, так как лаборатория позволяет:

на более высоком уровне организовывать работу студентов;

проводить базовые эксперименты;

поддерживать рост научной деятельности учащихся и др.

.       
Описание лаборатории

Лаборатория размещается на первом этаже здания.

электротехнический лаборатория мощность заземлитель

Предполагается разместить:

·        5(пять) электрических стендов;

·        4(четыре) стола для студентов;

·        стол преподавателя;

·        2 (два) асинхронных электродвигателя;

·        главный управляющий компьютер.

План лаборатории представлен на рис. 1.

В лаборатории будут расположены пять стендов, которые включают в себя следующие блоки:

. Комплект типового лабораторного оборудования "Основы электробезопасности" ОЭБ1-С-Р [см. прил. 1] включает в себя:

·        Модель питающей электрической сети МПЭС.387.1 РЭ

·        Автоматический однополюсный выключатель АОВ.359.1 РЭ

·        Однофазный источник питания ОИП.218.1РЭ

·        Модель электроприемника с рабочей изоляцией МЭП.388.1 РЭ

·        Устройство защитного отключения УЗО.321.1 РЭ

·        Понижающий трансформатор ПТР.389 РЭ

·        Модель зануления МЗА.329 РЭ

·        Устройство защитного отключения УЗО.321 РЭ

·        Модель замыкания на землю МЗ.310 РЭ

·        Модель человека МЧ.309.1 РЭ

·        Модель измерения заземления МИЗ.312 РЭ

. Комплект типового лабораторного оборудования ЭБЭУ.002.1 РБЭ(928.1) [см. прил. 1] включает в себя:

·        Модель защитного заземления МЗЗ.328 РЭ

·        Модель заземлителя с полусферическим электродом МЗП.325 РЭ

·        Устройство для исследования сопротивления тела человека УИС.341 РЭ

·        Модель человека МЧ.309.1 РЭ

·        Разделительный трансформатор РТР.391 РЭ

·        Модель электроприемника с двойной изоляцией МЭП.388.2 РЭ

·        Модель заземлителя с протяжённым трубчатым электродом на поверхности МЗТ.327 РЭ

·        Модель заземлителя с вертикальным трубчатым электродом МЗВ.326 РЭ

. Комплект типового лабораторного оборудования ЭБЭУ.002.2 РБЭ(928.2) [см. прил. 1] включает в себя:

·        Блок линейных дросселей БЛД1.337 РЭ

·        Трехфазный источник питания ТИП.201.4 РЭ

·        Модель заземления М3.390 РЭ

·        Модель участка электрической сети МУЭС.303.1 РЭ

·        Модель заземления М3.390 РЭ

·        Трёхфазный трансформатор ТТР.302 РЭ

·        Модель участка электрической сети МУЭС.303 РЭ

·        Модель сопротивления изоляции МСИ.311 РЭ

·        Устройство контроля изоляции УКИ.316 РЭ

. Монтажный стенд с имитатором неисправностей асинхронных трёхфазных двигателей [см. прил. 1] включает в себя:

·        Имитатор отказов трёхфазного асинхронного двигателя SDDL-EDM13

·        Трехфазный источник питания ТИП.201.5 РЭ

·        Однофазный источник питания ОИП.218.3 РЭ

·        Блок однофазных розеток БОР.383 РЭ

5. Монтажный стенд с имитатором неисправностей асинхронных трёхфазных двигателей [см. прил. 1] включает в себя:

·        Однофазный источник питания ОИП.218.3 РЭ

·        Блок однофазных розеток БОР.383 РЭ

·        Трехфазный источник питанияТИП.201.5 РЭ

Каждый лабораторный стол позволяет комбинировать блоки и размещать дополнительные измерительные электроприборы.

3.      Расчет общей мощности лаборатории

Расчет общей мощности лаборатории обязательный пункт, так как он необходим для дальнейшего выбора щитового оборудования и системы защиты.

В лаборатории будет стоять персональный компьютер средней мощности, для хранения лабораторных работ, методических указаний и прочей, полезной для работ, информации. Мощность предоставленного компьютера составляет 500 Вт. В дальнейшем планируется установить 2 дополнительных компьютера аналогичной мощностью. Стол с компьютером необходимо располагать на расстоянии 50 см от окон.

Рассчитываем мощность каждого стенда.

Расчет производится по формуле

P = I*U (1)

где P - мощность, Вт;

I - сила тока, А;

U - напряжение, В.

P = 380 * 1.6 = 608 Вт

В лаборатории располагается 5 лабораторных стенда, мощностью 608 Вт каждый и 2 асинхронных электродвигателя, мощностью 1100 Вт каждый.

_общее = n * P_стенда (2)

где P_общее - суммарная мощность стендов;

n - количество стендов;

P_стенда - мощность одного стенда.

Р_лаб. = 5 * 608 = 3040 Вт.

Р_{эл.двиг..} = 2 * 1100 = 2200 Вт.

Р_общее = 3040 + 2200 = 5240 Вт.

Целесообразно будет взять в запас дополнительную мощность. Исходя из того что в будущем возможны добавления дополнительного оборудования, берем в запас 5000 Вт.

Данные о мощности всего оборудования лаборатории, освещения лаборатории, мощности лабораторных стендов сводим в табл.1.

Таблица 1 - Данные о мощности всего оборудования лаборатории.

.       
Расчет освещения

В качестве источника света выбираем люминесцентные лампы. Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп может в 10 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений. Такие лампы не оказывает отрицательного влияния на зрения, так как свет рассеивается равномерно. Тип освещения в лаборатории - общий. Будут установлены люминесцентные лампы мощностью 36 Вт.

Согласно СНиП, выполняемые работы относят к IVразряду зрительных работ (способность различать детали от 1 до 10 мм). Подразряд зрительных работ - В. Контраст объекта с фоном средний. Фон - светлый.

Рассчитываем освещение по методу удельной мощности. Находим количество ламп по формуле:

N=pS/P (3)

где N - суммарное число ламп осветительного устройства, шт;

р - удельная мощность, Вт;

S - площадь освещения, м²;

P - номинальная мощность одной лампы.

N = 15*57,6/36 = 24 шт.

Лампы расположены в 3 ряда, по 4 светильника в каждом ряду. В одном светильнике расположена пара ламп. Тип соединения - параллельный. Светильники типа ЛПР-2-40. Схема освещения представлена на рис. 2.

Рассчитываем общую мощность освещения лаборатории по формуле:

_осв. = n * P_лампы (4)

где n - количество ламп;

P_лампы - мощность лампы.

P_осв. = 24 * 36 = 846 Вт

5. Расчет заземления

Согласно ПУЭ сопротивление заземления должно быть меньше или равно 4 Ом. Рекомендуемый материал для заземляющей шины - полосовая сталь.

В лаборатории заземляющая шина располагается на расстоянии 30см от пола. Чтобы не производить установку заземления в кабинете, целесообразнее будет подключить заземляющую шину к расположенной в прилегающем помещении заземляющей установке. Для этого необходимо дополнительно увеличить длину выбранной шины на 3 метра и проложить ее сквозь стену.

Необходимо найти сечение заземляющей шины.

 =*L/R (5)

L - длина, м;

R - сопротивление, Ом.

S = 0,14 * 34 / 4 = 1,19 мм²

Рассчитанное сечение, исходя из ПУЭ, принимаем как 6 мм².

Так как в лаборатории будет установлена заземляющая шина, а не кабель, то согласно ПУЭ, сталь сечением 6 мм² заменяется стальной шиной, которая имеет ширину - 20 мм, толщину - 3 мм.

6. Выбор электрооборудования

В лаборатории необходимо поставить главный распределительный щит (ГРЩ). Выбран щит ЯБПВУ-400А IP31, со встроенными элементами защиты и клеммной группой. ГРЩ предназначены для использования в силовых и осветительных сетях для установки модульной аппаратуры: автоматических выключателей, устройств защитного отключения, дифференциальных автоматических выключателей, таймеров, устройств управления освещением и многих других изделий, имеющих стандартное крепление на DIN рейку шириной 35 мм. Применяются при распределении электроэнергии и защите сетей переменного тока от перегрузки и тока короткого замыкания напряжением до 400 В частоты 50 Гц.

У выбранного щита дверца и рама выполнена из стального металлического листа, который обладает противокоррозийной защитой, достигнутой фосфатированием, окрашены специальной порошковой краской. Степень защиты щита IP30. Класс защиты II (двойная изоляция). В лаборатории будет установлен двух рядный ГРЩ на 28 модулей.

ГРЩ используются для комплектации распределительных устройств, с электрической энергией переменного трехфазного тока с напряжением 380/220 В, с использованием глухозаземленной нейтралью. ГРЩ служит как для приема электроэнергии, так и для дальнейшего ее распределения, и для защиты от перегрузок и короткого замыкания групповых линий. Для контроля параметров напряжения и силы тока в ГРЩ устанавливаются приборы контроля силы тока и напряжения. Так же в ГРЩ применяется система учета электроэнергии. ГРЩ оснащен автоматическими выключателями, которые образуют систему аварийного отключения при возникновении перегрузок или короткого замыкания. Оператор ГРЩ в любой момент может прекратить подачу электроэнергии, если зафиксирует негативные изменения в показаниях приборов.

Оптимальная температура для работы ГРЩ составляет от +4 до +40 Сº.

Для предотвращения от поражения электрическим током, двери ГРЩ всегда должны находиться в закрытом состоянии, а ключи от замков должны находиться только у специально обученного электротехнического персонала, обслуживающего ГРЩ.

В лаборатории установлено 8 комбинированных розеток, напряжением 380/220 В, и 7 розеток на 220 В.

ГРЩ имеет встроенные автоматические выключатели и клеммную группу. На рис. 3 представлена схема подключения.

В главном щите установлено 11 автоматических выключателей. Каждый автоматический выключатель отвечает за свою группу источников:

·        освещение (16А)

·        лабораторный стенд №1, 2, 3(16А)

·        монтажный стенд №1, 2(16А)

·        3 розетки напряжением 380 В (16А)

·        3 розетки напряжением 380 В (16А)

·        2 розетки напряжением 380 В (16А)

·        3 розетки напряжением 220 В (16А)

·        4 розетки напряжением 220 В (16А)

·        резервный автоматический выключатель (16А)

·        резервный автоматический выключатель (16А)

·        главный автоматический выключатель (50А)

Вся открытая проводка помещена в специальный ПВХ кабель - канал, общая длинна которого составляет 35 метров.

Провод для освещения имеет сечение 1,5 мм², 3 алюминиевые жилы и поливинилхлоридную изоляцию. Для розеток напряжением 380 В выбирается такой же провод АППВ, сечением 2,5 мм² с 5 жилами. Общая длина провода составляет 60 метров.

. Правила техники безопасности при работе с электроприборами

Согласно правилам по охране труда, в лаборатории обязательно должен быть оборудован уголок электробезопасности. В приложении 2 приведена схема по оказанию первой помощи человеку, получившему удар электрическим током.

Ниже приведены правила по технике безопасности при работе с электроприборами:

.        К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прослушавшие инструктаж по охране труда и технике безопасности, расписавшиеся в специальном журнале о его прохождении и обладающие необходимыми знаниями по предстоящей работе.

.        К работе с приборами допускаются лица, ознакомленные с его устройством.

.        Лабораторная работа выполняется группой в составе не более трех - четырех человек в соответствии с установленным графиком.

.        Каждый студент имеет право выполнять на указанном рабочем месте только ту работу, которая ему дана.

.        Студент имеет право пользоваться лишь приборами его рабочего места, брать приборы с других рабочих мест без разрешения преподавателя или дежурного лаборанта воспрещается.

.        Запрещается эксплуатация приборов при снятом кожухе.

.        Электротехнические лаборатории относятся к помещением повышенной опасности, поэтому важно соблюдать дисциплину, внимательность и осторожность.

.        В лабораториях запрещается:

·        включать установку без разрешения преподавателя;