Выбор аппаратов защиты электрических сетей среднего напряжения. Расчет и выбор аппаратов защиты и управления, проводов и кабелей

19.10.2019

Министерство образования и науки Российской Федерации

(ФГБОУ ВПО ЗабГУ)
Кафедра «Электроснабжения»

Контрольная работа

По предмету: Электропитающие системы и электрические сети

Выполнил: студент группы ЭПс-10-1
Рогозинский А.П.
Проверил: Швец О.Б.

Чита 2013
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования
«ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО ЗабГУ)
Кафедра «Электроснабжения»

ЗАДАНИЕ
на контрольную

По курсу «Электропитающие системы и электрические сети»

Студенту Рогозинскому А.П.

Тема
«Выбор и проверка проводников и защитных аппаратов в электрических сетях напряжением до 1000 В»

Вариант 301

Задание на контрольную работу.

Произвести выбор аппаратов защиты, их параметров, а также марку и сечения проводников, расположенных в помещении, относящемся к классу зоны П-IIа согласно ПУЭ.
Напряжение питания осветительной сети U = 220 В, линейное напряжение сети U л = 380 В.
Способ прокладки: проводников распределительной сети – в стальных трубах; кабеля питающей (магистральной) сети в – земле.
Исходные данные приведены в таблице 1; схема электрической сети показана на рисунке 1.

Таблица 1

Расчетные данные осветительной сети
Число светильников			10
Мощность одной лампы, Вт			500
Расчетные данные силовой распределительной сети
Номера электродвигателей			15,17,19
Параметры электродвигателей
Номер электродвигателя	Номинальная мощность, кВт	КПД		Коэффициент мощности cos?	Кратность пускового тока, k i
М15	7	0,87		0,89	6,0
М17	14	0,88		0,89	5,5
М19	4,5	0,86		0,88	7,0

Рисунок 1 – Схема электрической сети

Целью теплового расчета низковольтных электрических сетей является выбор параметров защиты (плавких предохранителей, автоматических выключателей, тепловых реле), используемых для защиты сетей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также выбор сечений жил проводников.
В соответствии с п.1.3.2 ПУЭ «проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т.п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.
Тепловому расчету подлежат следующие виды электрических сетей:

- сети внутри помещения, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей оболочкой или изоляцией;
- осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых, служебно-бытовых помещениях, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также сети в пожароопасных зонах;

- Для однофазных линий:

Где - суммарная мощность светильников.

Фазное напряжение сети.

Аппараты защиты выбираются таким образом, чтобы номинальный ток плавкой вставки (для плавких предохранителей) или ток теплового или электромагнитного расцепителей (для автоматических выключателей) были не меньше (равны или несколько больше) рабочего тока:

Выбор аппаратов защиты производится по справочным таблицам.
Принимаем к установке автоматический выключатель типа АЕ 2044 с комбинированным расцепителем. Номинальный ток комбинированного расцепителя принимается из условия: .
Принимаем.
Номинальный ток автоматического выключателя.

Сечение проводников определяем по величине допустимой длительной токовой нагрузки на жилы проводников при этом должно выполняться следующее условие: (1).
Принимаем медный провод марки ПВ (с поливинилхлоридной изоляцией, двухжильный, сечением 2х2 мм 2 . При прокладке данного провода в стальной трубе имеем: = 23 А.

, следовательно, принятые параметры АВ не соответствуют выбранному сечению жил провода. Увеличиваем сечение провода. Принимаем провод марки ПВ, сечением 2х2,5 мм 2 . При прокладке данного провода в стальной трубе имеем: = 25 А.
Таким образом, получаем, т.е. условие (1 выполняется).
Проверяем соответствие выбранных параметров автоматического выключателя сечению жил провода по условию: , имеем:
, следовательно, принятые параметры АВ соответствуют выбранному сечению жил провода.

По условиям задачи помещение относится к классу П-IIа.

- сети всех видов во взрывоопасных зонах классов B-I, B-Ia, B-II, B-IIa.
- силовые распределительные сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях – в случаях, когда возможны перегрузки механизма по технологическим причинам или по режиму работы сети.

Номинальный ток, А для трехфазных двигателей переменного тока рассчитывается по формуле:

Где - номинальная мощность двигателя, Вт;
- линейное напряжение сети, В;
- коэффициент мощности электродвигателя;
- коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя.
Пусковой ток электродвигателя рассчитывается по формуле: ,
где - коэффициент кратности пускового тока, определяемый по справочникам и паспортным данным электродвигателя.
Для заданным электродвигателей имеем:
- двигатель М15

Двигатель М17:

Двигатель М19:

Номинальный ток плавких вставок выбираем исходя из условия:
, где - коэффициент запуска. Принимаем = 2,0.

- двигатель М15 ().
.
Принимаем = 45А.

Двигатель М17 ().
.
Принимаем = 80 А.

Двигатель М19 ().
.
Принимаем = 35 А.

Для каждого из двигателей получаем:
- двигатель М15 ().

- двигатель М17 ().

Принимаем (пускатель ПМЛ 4220)
- двигатель М19 ().

Принимаем (пускатель ПМЛ 2220)

Выбор производим из условия: .
Принимаем к установке провод марки ПВ с медными жилами, с поливинилхлоридной изоляцией, трехжильный, с прокладкой в стальной трубе.

- двигатель М15 ().

Принимаем провод ПВ 3х1,5 мм 2 , сечение 1,5 мм 2 ,
- двигатель М17 ().

Принимаем провод ПВ 3х5 мм 2 , сечение 5 мм 2 ,
- двигатель М19 ().

Принимаем провод ПВ 3х1,5 мм 2 , сечение 1,5 мм 2 , .
Проверяем соответствие выбранных параметров аппаратов защиты сечениям жил проводника.

Для каждого из двигателей имеем:
- двигатель М15 ().
- условие выполняется.
- двигатель М17 ().
- условие выполняется.
- двигатель М19 ().
- условие выполняется.

Для каждого из двигателей имеем:
двигатель М15:
Принимаем провод ПВ 3х2, сечение 2 мм 2 , .

двигатель М17:
- условие не выполняется. Увеличиваем сечение провода.
Принимаем провод ПВ 3х8, сечение 8 мм 2 , .
Получаем: - условие выполняется.
двигатель М19:
- условие выполняется.

При данном тепловом расчете класс зоны не определяется, так как питающие (магистральные) линии выполняются, либо кабелем в земле, либо воздушной линией. Во втором случае линия не должна проходить в границах пожароопасных и взрывоопасных зон.

Нагрузку питающих сетей составляют токи силовых и осветительных потребителей.
Рабочий ток магистрали определяем по формуле:

Где - сумма номинальных токов всех (n) электродвигателей, А;
- сумма рабочих токов всех (m) светильников, А;
- коэффициент спроса (безразмерная величина, учитывающая одновременность работы электродвигателей).

При расчете максимального тока магистрали учитывают пусковой ток наиболее мощного электродвигателя, при этом исключают из суммы его номинальный ток.
Максимальный ток магистрали определяется по формуле:

Где - пусковой ток наиболее мощного электродвигателя, А.
А.

Магистрали защищаются только от короткого замыкания.
При этом.
Для защиты от к.з. принимаем предохранитель марки ПР-2.
.
Принимаем =80А.
При выборе аппаратов защиты магистралей следует учитывать их селективность (избирательность) действия, т.е. при КЗ в сети дожжен реагировать только ближайший к месту повреждения аппарат защиты. Для этого необходимо выполнение следующего соотношения между токами двух последовательно соединенных аппаратов защиты:
,
Где - номинальный ток плавкой вставки предохранителя, ближнего к источнику питания, А;
- номинальный ток плавкой вставки предохранителя, следующего за первым от источника питания, А.
=80А.
= 80 А
, т.е. условие не выполняется.
Поэтому принимаем =160 А, тогда получаем - условие выполняется.

Выбор производится по таблицам раздела 1 исходя из условия:

Принимаем кабель ВРБ 3х10, сечением 10 мм 2 ,

- условие выполняется, следовательно, выбранные параметры аппаратов защиты соответствуют принятому сечению жил кабеля.

Библиографический список:

сверлильный станок электропривод автоматика

Аппараты управления предназначены для включения, отключения и переключения электрических цепей и электроприемников, регулирования частоты вращения и реверсирования двигателей, регулирования параметров силовых, осветительных, нагревательных и других электроустановок.

Защитные аппараты предназначены для отключения электрических цепей при возникновении в них ненормальных режимов (короткие замыкания, значительные перегрузки, резкие понижения напряжения и др.)

От правильного выбора аппаратуры защиты и автоматики в большей мере зависят надежность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного механизма и электробезопасности людей.

Расчет и выбор коммутационной аппаратуры

Для управления асинхронными двигателями применяем магнитные пускатели. Защита двигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле.

а) Расчёт и выбор магнитного пускателя KМ1 и теплового реле КК1.

Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М1 мощностью

12 кВт.
1) Определяем длительный ток в линии двигателя по формуле

где I дл - длительный ток, А;

Р д - мощность двигателя, кВт;

U н - номинальное напряжение электродвигателя, В;

з д - КПД двигателя;

cosц - коэффициент мощности.

2) Выбираем тепловое реле КК1.

Тепловое реле устанавливается в 3 фазы цепи двигателя независимо от магнитного пускателя. Тепловое реле выбирается согласно условию

I тр?1.25 I нд, (10)

где I тр - ток теплового реле, А;

I нд - номинальный ток двигателя, А.

По справочнику выбираем тепловое реле, которое устанавливается независимо от магнитного пускателя ТРН-40 I ном =40А, I н.теп.эл. =40А

3) Выбираем провод для линии.

Т.к. линия с тепловым реле, то выбор провода производится с учётом соответствия этому аппарату защиты, т.е. должно выполняться условие

I доп? К зщ I тр, (11)

где I доп - допустимый ток, А;

К зщ - коэффициент защиты.

По справочнику выби раем провод марки ПВ с медными жилами. Провод проложен открыто S=2,5 мм 2 ; I дп =40А

Проверяем выбранный провод с учётом длительного тока нагрузки, т.е. должно выполняться условие

I дп?I доп, (12)

где I дп - допустимый ток провода, А.

4) Выбираем магнитные пускатели KМ1.

Р дв =12 кВт

По справочнику выбираем ближайший по мощности магнитный пускатель марки ПМЕ-3

б)Расчёт и выбор магнитных пускателей KМ2-КМ3

Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М2 мощностью

1,5 кВт.

2) Выбираем провод для линии.

I доп?1,25 3,5

S=0.5 мм 2 I дп =11А

Т.к условие выполняется, то провод выбран правильно.

3) Выбираем магнитные пускатели KМ2-КМ3.

Т.к. магнитные пускатели КМ4-КМ5 предназначены для управления этим

двигателем, то расчёт сводим только к одному, например расчитаем магнитный пускатель КМ2, а другой возьмём такой же марки.

Р дв =1,5 кВт

в) Расчёт и выбор магнитного пускателя КМ4

Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М3 мощностью

0,12 кВт.
1) Определяем длительный ток в линии двигателя по формуле (9)

2) Выбираем провод для линии.

Т.к. линия без тепловым реле, то выбор провода производится с учётом соответствия этому аппарату защиты, т.е. должно выполняться условие (11)

I доп?1,25 0,47

По справочнику выбираем провод марки ВРГ в поливинилхлоридной оболочке с медными жилами. Провод проложен открыто.

S=0.5 мм 2 I дп =11А

Проверяем выбранный провод с учётом длительного тока нагрузки, т.е. должно выполняться условие (12)

Т.к условие выполняется, то провод выбран правильно.

3) Выбираем магнитный пускатель КМ4.

Р дв =1,5 кВт

По справочнику выбираем ближайший по мощности магнитный пускатель марки ПМЕ-0

Выбор коммутационных аппаратов и аппаратов защиты к электроприемникам производится, исходя из номинальных данных последних и параметров питающей их сети, требований в отношении защиты приемников и сети от ненормальных режимов, эксплуатационных требований, в частности частоты включений и условий среды в месте установки аппаратов.

Выбор аппаратов по роду тока, числу полюсов, напряжению и мощности

Конструкция всех электрических аппаратов рассчитывается и маркируется заводами-изготовителями на определенные для каждого аппарата значения напряжения, тока и мощности, а также для определенного режима работы. Таким образом, выбор аппаратуры по всем этим признакам сводится, по существу, к отысканию на основании данных каталогов соответствующих типов и величин аппаратов.

Выбор аппаратов по условиям электрической защиты

При выборе аппаратов защиты следует иметь в виду возможность следующих ненормальных режимов:

а) междуфазные короткие замыкания,

б) замыкания фазы на корпус,

в) увеличение тока, вызванное перегрузкой технологического оборудования, а иногда неполным коротким замыканием,

г) исчезновение или чрезмерное понижение напряжения.

должна выполняться для всех электроприемников. Она должна действовать с минимальным временем отключения и должна быть отстроена от пусковых токов.

Защита от перегрузки необходима для всех электроприемников с продолжительным режимом работы, за исключением следующих случаев:

а) когда перегрузка электроприемников по технологическим причинам не может иметь места или маловероятна (центробежные насосы, вентиляторы и т. п.),

б) для электродвигателей мощностью менее 1 кВт.

Защита от перегрузки необязательна для электродвигателей, работающих в кратковременном или повторно-кратковременном режимах. Во взрывоопасных помещениях защита электроприемников от перегрузки обязательна во всех случаях. Защита минимального напряжения должна устанавливаться в следующих случаях:

а) для электродвигателей, которые не допускают включения в сеть при полном напряжении,

б) для электродвигателей, самопуск которых недопустим по технологическим причинам или представляет опасность для обслуживающего персонала,

в) для прочих электродвигателей, отключение которых при прекращении питания необходимо для того, чтобы понизить до допустимой величины суммарную пусковую мощность подключенных к сети электроприемников, и возможно с точки зрения условий работы механизмов.

Кроме сказанного выше, электродвигатели постоянного, тока с параллельным и смешанным возбуждением должны иметь защиту от чрезмерного повышения числа оборотов в случаях, когда такое повышение может привести к опасности для жизни людей или к значительным убыткам.

Зашита от чрезмерного повышения числа оборотов может осуществляться различными специальными реле (центробежными, индукционными и т. п.).

Так как в силовых сетях особое значение имеет защита от перегрузки и от коротких замыканий, остановимся несколько подробнее на принципиальной стороне этого вопроса.

Ток короткого замыкания должен отключаться мгновенно или почти мгновенно. Величина его в различных участках сети может быть весьма различна, но практически всегда можно считать, что аппараты защиты должны уверенно и быстро отключать любой ток, существенно больший пускового, и вместе с тем ни в коем случае не срабатывать при нормальном пуске.

Током перегрузки является любой ток, превышающий номинальный ток электродвигателя, но нет никаких оснований требовать отключения электродвигателя при каждом возникновении перегрузки.

Известно, что определенная перегрузка как электродвигателей, так и питающих их сетей, допустима, и что чем кратковременней перегрузка, тем больше может быть ее величина. Отсюда ясны преимущества для защиты от перегрузки таких аппаратов, которые имеют «зависимую характеристику», т. е. время срабатывания которых уменьшается с увеличением кратности перегрузки.

Поскольку, за очень редкими исключениями, аппарат защиты остается в цепи электродвигателя и при пуске, он не должен срабатывать при пусковом токе нормальной продолжительности.

Из приведенных соображений ясно, что в принципе для защиты от токов короткого замыкания должен применяться безынерционный аппарат, настроенный на ток, существенно больший пускового, а для защиты от перегрузок, наоборот, инерционный аппарат с зависимой характеристикой, выбранный так, чтобы он не срабатывал за время пуска. В наибольшей степени этим условиям удовлетворяет комбинированный расцепитель, сочетающий в себе тепловую защиту от перегрузки и мгновенное электромагнитное отключение при токе короткого замыкания.

С учетом сказанного выше и совокупности требований, предъявляемых к аппаратам управления и защиты, могут быть даны следующие рекомендации.

1. Для ручного управления электроприемниками с малыми пусковыми токами могут быть использованы и предохранители, встраиваемые в различные электроконструкции или распределительные и . Ящики ЯРВ без предохранителей применяются в качестве разъединяющих аппаратов для , магистралей и т. п.

2. Для ручного управления электродвигателями мощностью до 3 - 4 кВт, не требующими защиты от перегрузок, применяются .

3. Для электродвигателей мощностью до 55 кВт, требующих защиты от перегрузки, наиболее употребительными аппаратами являются магнитные пускатели в комбинации с плавкими предохранителями или воздушными автоматами.

При мощности электродвигателей более 55 кВт применяются в комбинации с защитными реле или воздушными автоматами. При этом следует помнить, что контакторы не допускают разрыва цепи при коротких замыканиях.

4. Для дистанционного управления электроприемниками применение магнитных пускателей или контакторов становится необходимым.

5. Для ручного управления электроприемниками при малом числе включений в час возможно использование автоматических выключателей.

ПН2-600-630А-У3-КЭАЗ Iном = 597А Ток отключения 630

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Тепловые защитные устройства измеряют непосредственно температуру электрооборудования.

Полупроводниковые приборы обладают низкой перегрузочной способностью по сравнению с другим силовым оборудованием, и к устройствам защиты полупроводниковых выпрямителей и других преобразователей предъявляются повышенные требования. Защитные устройства в установках с полупроводниковыми выпрямителями выбираются исходя из допустимых перегрузочных характеристик силовых диодов или тиристоров с учетом того, что при этом будет защищаться и другое оборудование, находящиеся в цепи аварии, поскольку оно обладает большей перегрузочной способностью.

Применение тех или иных средств защиты определяется параметрами силовой цепи преобразователя и перегрузочной способностью полупроводниковых приборов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

1. Быстродействие – обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

2. Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи при этом должны оставаться в работе.

3. Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

4. Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов.

5. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов.

6. Помехоустойчивость. При появлении помех в сети собственных нужд и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

7. Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для полупроводниковых приборов, независимо от места и характера аварии.

Выбор предохранителей.

Предохранители выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению сети:

Uном.пред. >= Uном.с.,

где Uном.пред. – номинальное напряжение предохранителя;

Uном.с. – номинальное напряжение сети;

2) по длительному расчетному току линии;

Iном.вст. >= Iдлит. ;

где Iном.вст. – номинальный ток плавкой вставки;

Iдлит – длительный расчетный ток цепи.

Кроме того при использовании безынерционных предохранителей не должно происходить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, например от пусковых токов электродвигателей. Поэтому при выборе предохранителей таких электроприемников необходимо также выполнение и другого условия:

Iном.вст. >= Iпуск / 3,1 ,

где Iпуск – пусковой ток двигателя.

Часто возникает необходимость в защите магистральной линии, по которой питается группа электродвигателей, причем часть из них или все они могут пускаться одновременно. В этом случае предохранители выбираются по следующему соотношению:

Iном.вст. >= Iкр / 3,1 (при легких условиях пуска)

Iном.вст. >= Iкр / (1,5 – 2) (при тяжелых условиях пуска),

где Iкр = I’пуск + I’длит – максимальный кратковременный ток линии;

I’пуск – пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения;

I’длит – длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Для трехфазных электроприемников переменного тока;

где Рном - номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт; U – номинальное напряжение (для электроприемников переменного тока – линейное напряжение сети), кВ;

– коэффициент мощности; – КПД электродвигателя.

Выбор автоматических выключателей.

Выбор автоматических выключателей производится по номинальным напряжению и току с соблюдением следующих условий:

Uном.а. >= Uном.с.; Iном.а. >= Iдлит;

где Uном.а. – номинальное напряжение автоматического выключателя;

Uном.с. – номинальное напряжение сети; где Iном.а. – номинальный ток автоматического выключателя; Iдлит – длительный расчетный ток цепи.

Кроме того, должны быть правильно выбраны: номинальный ток расцепителей Iном.расц.; ток установки электромагнитного расцепительного элемента комбинированного расцепителя Iуст.эл.магн.; номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя – Iном.уст.тепл.

Номинальные токи электромагнитного, теплового или комбинированного расцепителя должны быть не меньше номинального тока двигателя:

Iном.расц. >= Iном.дв.

Ток установки электромагнитного расцепителя (отсечки) или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного

пускового тока от католожных данных выбирается из условия

Iуст.эл.магн. >= 1,25 Iпуск. = 1,25 3,1 7 = 27 А Iп = 7 Iр

где Iпуск. – пусковой ток двигателя.

Номинальный ток установки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя:

Iном.уст.тепл. >= Iном.дв.

Так же выбираются установки расцепителей автоматических выключателей и для защиты цепей других электроприемников системы электропитания, например цепей контрольно – измерительных приборов и др. (если в этом возникает необходимость, так как в большинстве случаев для защиты приборов и других подобных электроприемников малой мощности по соображениям чувствительности оказывается необходимым применять плавкие предохранители). При этом надо учитывать, что если автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем устанавливается в цепях электроприемников, при включении которых не возникают броски пускового тока, то надобности в отстройке от последних нет и ток установки электромагнитного расцепителя в этом случае должен выбираться минимально – возможным.

Выбор тепловых реле магнитных пускателей.

Тепловые реле выбираются по номинальному току двигателя (или длительному расчетному току):

Iном.т.р >= Iном.дв. ;

При выборе теплового реле необходимо стремиться к тому, чтобы ток установки находился в центре диапазона регулирования.

Результаты расчета и выбора аппаратов защиты.

1. Требования, предъявляемые при выборе аппаратуры защиты.

При выборе аппаратов защиты бортовых электрических сетей предъявляются следующие требования:

1. Аппараты защиты должны надежно срабатывать и отключать электрические цепи при КЗ и недопустимых перегрузках и не должны давать ложных срабатываний в нормальных режимах.

2. При срабатывании аппараты защиты должны действовать на отключение, при этом действие их должно быть необратимым (не должно быть автоматического повторного включения после устранения перегрузки или КЗ). Повторное включение должно осуществляться вручную.

3. Аппараты защиты должны обеспечивать селективное (избирательное) отключение участка цепи с КЗ. При этом неповрежденные участки системы электроснабжения не должны отключаться. При возникновении КЗ в сети системы электроснабжения аппараты защиты должны производить только те отключения, которые необходимы для устранения КЗ.

4. Чувствительность аппаратов защиты должна быть достаточной, чтобы срабатывать при наименьшей силе тока КЗ в зоне защиты и при опасных перегрузках.

5. Аппараты защиты в системах электроснабжения переменного тока должны реагировать на все виды КЗ: однофазные, двухфазные и трехфазные.

6. Линии переменного тока, питающие непосредственно потребители, для которых не допустимы неполнофазные режимы, должны защищаться трехфазными автоматами.

7. Аппараты защиты должны иметь достаточное быстродействие в целях обеспечения наименьшего времени перерыва питания потребителей, предотвращая возникновение пожара или повреждения элементов системы электроснабжения и нарушения устойчивости ее работы.

8. Для защиты сетей переменного и постоянного тока должны использоваться аппараты защиты, разрешенные для применения во вновь разрабатываемых и модифицируемых изделиях.

Примечание. В основном должны применяться автоматы защиты со свободным расцеплением. Автоматы без свободного расцепления допускается применять в случаях, когда не имеется автоматов защиты со свободным расцеплением с требуемыми характеристиками.

9. Аппараты защиты должны выбираться:

– по номинальному напряжению цепи;

– по величине и характеру токовой нагрузки.

10. Выбранные аппараты защиты должны обеспечить защиту проводов.

11. Выбранные аппараты защиты должны проверяться:

– на устойчивость к токам КЗ (на электродинамическую, термическую устойчивость и коммутационную способность);

– на селективность срабатывания при КЗ;

– на чувствительность к токам КЗ.

Примечание. Аппараты, предназначенные для защиты аварийной системы электроснабжения при питании от аварийных источников, на устойчивость к токам КЗ не проверяются. Эта проверка производится при питании системы от основных источников.

2. Методика выбора аппаратуры защиты.

Аппараты защиты в первичных распределительных сетях должны выбираться с учетом длительной максимальной силы тока линии, числа каналов расщепленной линии с учетом неравномерности распределения токов в проводах расщепленных линий.

Номинальная сила тока аппарата защиты одного канала расщепленной линии первичной распределительной сети определяется по формуле

где I н.а. – номинальная сила тока аппарата защиты расщепленной линии, А;

I л – сила тока линии, А;

a - коэффициент неравномерности токораспределения, для бортовых сетей принимается равным 1,075;

n – число каналов расщепленной линии;

k – число резервных каналов.

Рассмотрим методику выбора аппаратов защиты для вторичной распределительной сети, которая, как известно, обеспечивает питание потребителей электроэнергии непосредственно от шин РУ и ЦРУ.

Аппараты защиты фидеров потребителей электроэнергии должны выбираться исходя из условия обеспечения нормальной работы потребителей при силе тока в цепи, равной или меньше ее номинального значения, а также при неопасных перегрузках (например, при запуске двигателя) в различных условиях окружающей среды (температура, разрежение).

Примечание. Защита потребителей в технически обоснованных случаях должна предусматриваться разработчиком этих потребителей.

Для защиты цепей аппараты защиты должны выбираться с номинальным напряжением, равным или больше номинального напряжения защищаемой цепи.

Аппараты для защиты фидеров потребителей необходимо выбирать с учетом характера работы потребителей.

По характеру работы потребители электроэнергии подразделяются на две основные группы:

– потребители, не имеющие токи большой продолжительной пусковой силы и силы тока перегрузки (осветительные устройства, нагревательные устройства, трансформаторы, цепи управления агрегатами, контакторы, реле и т.п.);

– потребители электроэнергии, включающие электродвигатели (различные электромеханизмы, топливные и масляные насосы, электромашинные преобразователи, вентиляторы и т.д.).

Для фидеров потребителей, не имеющих большой пусковой силы тока, номинальная сила тока аппаратов защиты должна быть равной номинальной силе тока потребителя или иметь большее ближайшее к ней значение:

I н.а. ³ I н.пот , (2)

где I н.пот – номинальная сила тока потребителя, А.

Для фидеров потребителей, включающих двигатели с продолжительным и кратковременным режимом работы, аппараты защиты должны выбираться в соответствии с условиями:

где t пуск. max – время, при котором среднеквадратичная пусковая сила тока потребителя имеет максимальное значение, с;

- время срабатывания аппарата защиты по время-токовой (называют также ампер-секундной) характеристике для условий окружающей среды, в которых находится аппарат защиты при силе тока равной I ср.кв.пуск. max , с;

I ср.кв.пуск. max – максимальное среднеквадратичное значение пусковой силы тока, А.

t пуск. max и I ср.кв.пуск. max определяются по кривой изменения среднеквадратичной пусковой силы тока потребителя во времени. Среднеквадратичная пусковая сила тока для любого момента времени определяется из осциллограммы пусковой силы тока потребителя (Рис. 1)

по формуле

где n t – количество равных интервалов на участке t кривой изменения силы тока при пуске;

I 1 ,…,I nt – средние значения силы тока в интервалах на участке кривой, А.

Примечание. При приближенных расчетах значение I ср.кв.пуск. max для двигателей переменного тока с временем пуска < 1 сек может быть принято равным 0,9 I пуск. (I пуск. – значение пусковой силы тока двигателей, указанное в технических условиях на них), t пуск. max может быть принято равным 0,5 с.

Все вышесказанное иллюстрируется рис. 2а и 2б.

Для потребителей второй группы рекомендуется применять тепловые автоматы защиты. Это объясняется тем, что при защите таких потребителей предохранителями имеются существенные недостатки. Покажем это. На рис. 3 показаны ампер-секундные характеристики автомата защиты и предохранителя с одинаковым номинальным током, выбранным по условию (3). Из рисунка видно, что для автомата защиты условие (3) выполняется, т.к. t a1 (АЗ) > t пуск. max , а для предохранителя – нет, т.к. t a1 (Пр) < t пуск. max .

Если все же необходимо выбрать предохранитель, то чтобы выполнить условие (2), надо увеличить номинальный ток предохранителя. Тогда условие (2) запишется в виде I н.Пр1 > I н.пот. и ампер-секундная характеристика такого предохранителя (Пр1) сдвинется вправо (рис. 4) по отношению к первоначально выбранному предохранителю Пр и теперь условие (3) выполняется, т.е.

t a1 (Пр1) > t пуск. max . Но такое решение имеет существенный недостаток. Пусть имеется ток перегрузки I перегр. , т.е. I н.Пр1 > I перегр. > I н.пот.

Это приведет к тому, что в силу I н.Пр1 > I перегр предохранитель Пр1 не сработает. Но т.к. I перегр. > I н.пот. , то из-за перегрузки потребитель выйдет из строя. Таким образом в диапазоне токов I н.Пр1 < I > I н.пот. потребитель не защищен. Поэтому предохранители рекомендуется устанавливать в цепях, где нет перегрузки.

Если же по каким-либо причинам приходится ставить предохранители, то они должны выбираться так, чтобы максимальное значение среднеквадратичных пусковых сил токов не превышали половины силы тока срабатывания предохранителей , определенного по защитной характеристике в течение времени, равного t пуск. max , т.е.

в соответствии с рис. 2б.

Для защиты фидеров потребителей с повторно-кратковременной или импульсной нагрузкой номинальная сила тока аппаратов защиты должна выбираться из условия:

где I ср.кв.u – среднеквадратичная сила тока потребителя за время цикла действия повторно-кратковременной или импульсной нагрузки, А;

Время срабатывания аппарата защиты по время-токовой характеристике для условий окружающей среды, в которых находится аппарат защиты, при (I ср.кв.u ) max ;

(t u ) max – время, при котором среднеквадратичная сила тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки имеет максимальное значение, с;

(I ср.кв.u ) max – максимальное значение среднеквадратичной силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки, А.

(t u ) max и (I ср.кв.u ) max определяются по кривой изменения среднеквадратичной силы тока нагрузки во времени. Для любого момента времени (I ср.кв.u ) t определяется из осциллограммы силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки по формуле:

где I ср.кв. 1 ,…,I ср.кв.k – среднеквадратичные значения силы тока импульсов, А;

t 1 ,…,t k – длительность импульсов, с;

t ц – время цикла действия импульсной или повторно-кратковременной

нагрузки.

I ср.кв. 1 ,…,I ср.кв.k определяются по формуле, аналогичной (4), причем n в данном случае будет обозначать количество равных интервалов на участке тока импульса.

Предохранители должны выбираться так, чтобы максимальные значения среднеквадратичной силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки не превышали половины силы тока срабатывания предохранителей, определенной по защитной характеристике в течение времени, равного (t u) max (Рис. 5).

Для защиты фидеров, питающих группу потребителей, номинальная сила тока аппаратов защиты должна выбираться с учетом номинальной силы тока потребителей и одновременности их работы в соответствии с условием:

где I н.пот. – номинальная сила тока одновременно работающих потребителей.

krymalliance.ru

Расчет и выбор коммутационной аппаратуры