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.

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.

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

1) Междуфазные короткие замыкания.

2) Замыкания фазы на корпус.

3) Увеличение тока, вызванное перегрузкой технологического оборудования, а иногда неполным коротким замыканием.

4) Исчезновение или чрезмерное понижение напряжения.

Защита от токов короткого замыкания 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:

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

2) 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:

Для электродвигателей, которые не допускают включения в сеть при полном напряжении;

Для электродвигателей, самопуск которых недопустим по технологическим причинам или представляет опасность для обслуживающего персонала;

Для прочих электродвигателей, отключение которых при прекращении питания необходимо для того, чтобы понизить до допустимой величины суммарную пусковую мощность подключенных к сети электроприемников.

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.

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.

Один только аппарат мгновенного действия, настроенный на ток, больший пускового, защиты от перегрузок не обеспечивает. Напротив, один только инерционный аппарат с зависимой характеристикой, при большой кратности перегрузки срабатывающий почти мгновенно, может осуществить оба вида защиты, если только он способен отстроиться от пусковых токов, т. е. если время его срабатывания при пуске больше продолжительности последнего.

Плавкие предохранители, широко применявшиеся ранее в качестве защитных аппаратов, обладают рядом недостатков, основными из которых являются:

Ограниченная возможность применения для защиты от перегрузки, вследствие трудности отстройки от пусковых токов;

Недостаточная в ряде случаев предельная отключаемая мощность;

Продолжение работы электродвигателя на двух фазах при перегорании вставки в третьей фазе, что часто приводит к повреждению обмоток электродвигателя;

Отсутствие возможности быстрого восстановления питания;

Возможность применения эксплуатационным персоналом некалиброванных вставок;

Развитие аварии при некоторых типах предохранителей, вследствие переброски дуги на соседние фазы,

Довольно большой разброс время-токовых характеристик даже у однородных изделий.

Воздушные автоматы по сравнению с предохранителями являются более совершенными аппаратами зашиты, но обладают неизбирательностью действия, особенно при нерегулируемых токах отсечки у установочных автомагов, у универсальных автоматов хотя и имеется возможность избирательности, но осуществляется она сложным путем.

Следует отметить, что у установочных автоматов защита от перегрузки осуществляется тепловыми расцепителями. Эти расцепители менее чувствительны, чем тепловые реле магнитных пускателей, но зато устанавливаются в трех фазах.

В универсальных автоматах зашита от перегрузки является еще более грубой, поскольку в них имеются только одни электромагнитные расцепители. Вместе с тем, в универсальных автоматах имеется возможность осуществить защиту минимального напряжения.

Магнитные пускатели с помощью встраиваемых в них тепловых реле осуществляют чувствительную защиту от перегрузки в двух фазах, но, вследствие большой тепловой инерции реле, не обеспечивают защиты от коротких замыканий. Наличие в пускателях удерживающей катушки позволяет осуществить защиту минимального напряжения.

Защиту от перегрузки и коротких замыканий могут осуществлять токовые электромагнитные и индукционные реле, но они также могут действовать только через отключающий аппарат, и схемы с их применением получаются более сложными.

С учетом сказанного выше и совокупности требований, предъявляемых к аппаратам управления и защиты:

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

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

Номинальный ток двигателя:

Iн = , А (8) где Iн - номинальный ток двигателя, А;

Рдв - мощность двигателя, кВт;

Переводной коэффициент;

Uн - номинальное напряжение, В;

Коэффициент полезного действия.

Выбираем автоматический выключатель с электромагнитным приводом.

Выбираем трансформатор тока.

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины (5 или 1 А) и для определения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Таблица 4. Технические данные автоматического воздушного выключателя серии А3730Ф

Таблица 5. Технические данные трансформатора тока серии ТКЛ

Трансформаторы тока изготовляются на следующие номинальные токи: 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10 000 и 15 000 А

Окончательно выбираем трансформатор тока ТКЛ - 0,5 - трансформатор тока катушечный с изоляцией из литой синтетической смолы.

Выбираем трансформатор напряжения.

Трансформатор напряжения предназначен для преобразования больших переменных напряжений в относительно малые напряжения.

Окончательно выбираем трансформатор напряжения НОС - 0,5.

Измерительный трансформатор напряжения однофазный сухой.

Расчет и выбор кабелей и проводов

Выбираем кабель по экономической плотности тока.

Условия выбора сечения проводников:

где Fэк - сечение проводника, мм2;

Iр. мах - расчетный максимальный ток нормального режима, А;

jэк - экономическая плотность тока, А/мм2.

Экономическая плотность тока зависит от материала проводника и величины Tmax. Так как Tmax = 5000 ч выбираем jэк = 1,7 А/мм2.

Выбираем кабель АВВГ - (4Ч95)

Четырехжильный кабель с алюминиевыми жилами, резиновой изоляцией, ПВХ оболочкой и броней.

Проверяем кабель по потерям напряжения:

ДU - переводной коэффициент;

Iр - ток ротора, А;

Длина линии, км;

r0 = 0,89 Ом/км - удельное активное сопротивление кабеля на 1 км длины;

cos ц - коэффициент активной мощности;

х0 = 0,088 Ом/км - удельное реактивное сопротивление кабеля на 1 км длины;

sin ц - коэффициент реактивной мощности;

Uн - номинальное напряжение, В.

ДU = Ч100% = 3,5%,

3,5% < 5%, кабель проходит по потерям напряжения

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.

Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний] Красник Валентин Викторович

Выбор аппаратов защиты

Вопрос. Какие аппараты применяются в качестве защитных?

Ответ. Применяются автоматические выключатели или предохранители. Рекомендуется применять автоматические выключатели с комбинированным расцепителем.

Для обеспечения требований быстродействия, чувствительности, селективности в необходимых случаях могут применяться устройства защиты с использованием выносных реле (реле косвенного действия). Коэффициент чувствительности этих защит в конце защищаемой зоны должен быть не менее 1,5 (3.1.3).

Вопрос. Как выбираются аппараты защиты по отключающей способности?

Ответ. Выбираются соответственно максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети, то есть стойкими при этом токе в соответствии с определением гл. 1.4 Правил.

Установка аппаратов защиты, не стойких при максимальных значениях токов КЗ, допускается, если защищающий их групповой автоматический выключатель или ближайший автоматический выключатель по направлению к источнику питания является стойким при максимальном токе КЗ, и ток срабатывания его мгновенно действующего расцепителя (отсечки без выдержки времени) меньше, чем ток одноразовой предельной коммутационной способности каждого из группы защищаемых аппаратов, и если такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования и материалов или расстройством сложного технологического процесса (3.1.4).

Вопрос. Каковы общие требования по выбору номинальных токов плавких вставок предохранителей и номинальных токов или уставок расцепителей автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети?

Ответ. Во всех случаях выбираются по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков, но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковых токах, пиках технологических нагрузок, токах при самозапуске и т. п.) (3.1.6).

Вопрос. Как присоединяются к сети предохранители и автоматические выключатели пробочного типа?

Ответ. Присоединяются так, чтобы при вывинченной пробке предохранителя (автоматического выключателя) винтовая гильза оставалась без напряжения.

Питающий проводник присоединяется, как правило, к неподвижным контактам автоматического выключателя.

При необходимости присоединения питающего проводника к подвижным контактам автоматического выключателя (например, в схемах с секционным выключателем) следует иметь в виду, что в этом случае предельная коммутационная способность некоторых типов автоматических выключателей уменьшается (3.1.7).

Вопрос. Какая надпись наносится на каждый аппарат защиты?

Ответ. Наносится надпись, указывающая номинальный ток аппарата, уставку расцепителя, значение номинального тока плавкой вставки. Рекомендуется на дверцах шкафов или щитков, в которых устанавливаются аппараты защиты, размещать схемы с указанием необходимых для защиты присоединений уставок расцепителей автоматических выключателей и номинальных токов плавких вставок предохранителей (3.1.7).

Вопрос. При каких условиях предусматривается защита от токов КЗ?

Ответ. Предусматривается, если наименьший расчетный ток в конце защищаемой линии превышает:

в 3 раза номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой;

в 3 раза уставку срабатывания по току регулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой;

в 1,1 раза верхнее значение тока срабатывания автоматического выключателя, имеющего только мгновенно действующий или селективный максимальный расцепитель тока (отсечку).

При определении наименьшего значения тока КЗ учитываются активные и индуктивные сопротивления цепи КЗ, включая активное сопротивление электрической дуги, а также увеличение активного сопротивления проводника в результате нагрева.

Защита от токов КЗ по возможности выбирается с наименьшим временем отключения и селективностью действия.

Для кабельных сетей СН электростанций токовая отсечка принимается с наименьшим коэффициентом чувствительности около 1,3 при междуфазных и однофазных КЗ в конце защищаемого кабеля. При этом в случае необходимости для защиты от однофазных КЗ в конце кабеля должна выполняться отдельная защита, не требующая отстройки от пусковых токов присоединения, с коэффициентом чувствительности не менее 1,5. Допускается не охватывать отсечкой всю длину защищаемой КЛ, если при работе расцепителя с обратно зависимой от тока характеристикой обеспечивается термическая стойкость кабеля и селективность.

Вопрос. Какие аппараты применяются для защиты электроустановок постоянного тока?

Ответ. Применяются автоматические выключатели с комбинированным расцепителем или специальная выносная РЗ. Допускается применение предохранителей (3.1.8).

Вопрос. Какие условия выполняются для обеспечения селективности отключения поврежденного участка?

Ответ. Выполняются следующие условия:

при применении автоматических выключателей все КЗ в основной зоне защиты отключаются токовой отсечкой с коэффициентом чувствительности не менее 1,5;

КЗ в зоне резервирования отключаются с коэффициентом чувствительности не менее 1,3. Допускается осуществлять резервирование с использованием расцепителя с обратно зависимой от тока характеристикой при условии обеспечения термической стойкости кабеля;

при применении выносной РЗ коэффициенты чувствительности: для основной зоны – не менее 1,5; для зоны резервирования – не менее 1,2;

при применении предохранителей коэффициенты чувствительности: для основной зоны – не менее 5; для зоны резервирования – не менее 3 (3.1.9).

Вопрос. Какие присоединения обеспечиваются защитой от перегрузки?

Ответ. Обеспечиваются присоединения, выполненные с использованием СИП (ВЛИ), а также следующие сети внутри помещений:

линии, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или с горючей наружной изоляцией;

групповые сети в жилых зданиях, общественных зданиях и сооружениях, в служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, а также в пожароопасных зонах;

присоединения в жилых зданиях, в общественных зданиях и сооружениях, на промышленных предприятиях – только в случаях, когда по режиму работы может возникать длительная перегрузка проводников (3.1.10).

Вопрос. Какой принимается кратность токов аппаратов защиты к длительно допустимым токовым нагрузкам защищаемых проводников в сетях постоянного тока, защищаемых от перегрузки?

Ответ. Принимается не более:

0,8 – для номинального тока плавкой вставки;

1,0 – для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия отсечки);

1,25 – для тока срабатывания автоматического выключателя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия отсечки) (3.1.11).

Вопрос. В каких случаях защита не устанавливается?

Ответ. На двухцепных ВЛ в нулевом проводе расцепитель автоматического выключателя или выносная токовая защита не устанавливается (3.1.12).

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний] автора

Глава 1.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ Область применения, общие требования Вопрос. На какие электрические аппараты и проводники распространяется настоящая глава Правил?Ответ. Распространяется на методы выбора электрических аппаратов и проводников

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Раздел 2. Передача электроэнергии. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний автора Красник Валентин Викторович

Выбор электрических аппаратов по условиям продолжительности режимов и сечений проводников по нагреву в этих режимах Вопрос. По каким параметрам выбираются все электрические аппараты?Ответ. Выбираются по номинальному напряжению и номинальному току. При этом

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Раздел 4. Распределительные устройства и подстанции. Пособие для изучения и подготовки к про автора Красник Валентин Викторович

Проверка электрических аппаратов на коммутационную способность при коротких замыканиях Вопрос. Исходя из каких нормированных показателей проверяются коммутационные электрические аппараты для отключения цепей при КЗ?Ответ. Проверяются исходя из нормированных

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний. Разделы 1, 6, 7 автора Красник Валентин Викторович

Выбор вида электропроводки. Выбор кабелей и проводов и способа их прокладки Вопрос. Как осуществляется выбор электропроводки?Ответ. Осуществляется в соответствии с табл. 2.1.3 и 2.1.4 настоящей главы Правил (2.1.54).Вопрос. Как производится выбор и расчет нулевых рабочих

Из книги Создаем робота-андроида своими руками автора Ловин Джон

Места установки аппаратов защиты Вопрос. В каких местах сети устанавливаются аппараты защиты?Ответ. Аппараты защиты располагаются в удобных для обслуживания местах таким образам, чтобы была исключена возможность их случайных механических повреждений. Установка их

Из книги Современные методы обеззараживания воды автора Хохрякова Елена Анатольевна

Установка приборов и аппаратов Вопрос. Как должны устанавливаться аппараты рубящего типа?Ответ. Должны устанавливаться так, чтобы они не могли замкнуть цепь самопроизвольно, под действием силы тяжести. Их подвижные токоведущие части в отключенном положении, как

Из книги История зарождения воздухоплавания и авиации в России автора Веробьян Борис Сергеевич

Выбор вида электропроводки. выбор кабелей и проводов и способа их прокладки Вопрос 27. По каким критериям осуществляется выбор электропроводки и способ прокладки кабелей и проводов?Ответ. Осуществляется в соответствии с табл. 2.1.3 (п. 2.1.54).Таблица 2.1.3Выбор электропроводки.

Из книги История электротехники автора Коллектив авторов

Установка приборов и аппаратов Вопрос 4. Как должны устанавливаться аппараты рубящего типа?Ответ. Должны устанавливаться так, чтобы они не могли замкнуть цепь самопроизвольно, под действием силы тяжести. Их подвижные токоведущие части в отключенном положении, как

Из книги Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон № 123-ФЗ от 22 июля 2008 г. автора Коллектив авторов

1.3. Выбор электрических аппаратов и проводников Область применения, общие требованияВопрос 57. В чем состоит выбор электрических аппаратов по условиям продолжительных режимов?Ответ. Состоит в подборе их номинального напряжения по уровню изоляции и номинального тока по

Из книги автора

1.4. Проверка электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания Область применения, определенияВопрос 74. Какие электрические аппараты и проводники считаются стойкими при КЗ?Ответ. Считаются такие, которые при расчетных условиях КЗ выдерживают

Из книги автора

Гражданские применения беспилотных летательных аппаратов Беспилотные автоматизированные летательные аппараты, как самолеты, так и дирижабли, разработанные для военного применения, могут использоваться в гражданской жизни для мониторинга уличного движения или

Из книги автора

Виды летательных аппаратов легче воздуха Летательные аппараты легче воздуха составляют три категории: жесткие, полужесткие и нежесткие (с мягкой оболочкой). Оболочка жестких летательных аппаратов обычно сделана из легкого алюминия. Наиболее известными являются

Из книги автора

11.2. Материал мембран и конструкции аппаратов Мембраны изготавливаются из полимерных материалов: целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, полиолефинов, сополимеров акрилонитрила с винилхлоридом, поливинилхлорида. Применяются и керамики, и металлы.Мембранные аппараты

Из книги автора

Глава VII Попытки создания отечественных винтокрылых летательных аппаратов Шел 1910 год. Пришло время вновь заявить о себе сторонникам аэропланов… И хотя Русское военное ведомство не считалось с аппаратами этого плана, «Первая Авиационная неделя» с 15 апреля по 2 мая 1910

Из книги автора

8.4.2. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (КА) Энергетические установки КА. Темпы освоения космического пространства в значительной степени определяются развитием автономных источников электропитания разнообразных космических аппаратов и в перспективе

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:

электрическим двигателям

- 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: