Выбор аппаратуры защиты. Выбор аппаратов управления и защиты. Объем необходимых знаний

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:

Электрическая часть

промышленных предприятий

Электрические приборы и электропроводка должна быть защищена от возможных аварийных ситуаций аппаратами защиты, это короткое замыкание, подключение повышенной нагрузки, перенапряжение. Основные функции по защите человека и электропроводки в жилом доме выполняют ВА (выключатели автоматические), УЗО (), ВД (выключатели дифференциальные), УЗИП, РПН ().

Выключатель автоматический (ВА)

Расчет и выбор аппаратов защиты является основой в проектировании электроснабжения частного дома. Основная их функция, это защита от сверх токов короткого замыкания (КЗ ) и при включении повышенной нагрузки. От КЗ предусмотрен электромагнитный расцепитель , от повышенной мощности предназначен тепловой расцепитель .

Когда потребитель выбирает ВА, то он должен знать, что у каждого электрического прибора есть пусковой ток . Это электрический ток, который больше номинального (рабочего) на определенную величину. Данная величина может превышать в 3, 5 или 7 раз номинальный ток электроприбора. Время прохождения пускового тока несколько миллисекунд. Но и этого времени хватит, что бы электромагнитный расцепитель сработал и ВА отключил электрическую сеть. По этой причине автоматические выключатели разделили на несколько типов в зависимости от величин пусковых токов.

Тип В – (от 3 – 5) In, где In номинальный (рабочий) ток электрического прибора.
Тип С – (5 – 10) In
Тип D – (10 – 20) In

К примеру, необходимо установить ВА для асинхронного двигателя. У некоторых типов пусковой ток равен 6 In, значит выбираем ВА, а тип его В и так далее.

При выборе автоматов по типу, то есть по пусковому току необходимо учесть некоторые нюансы. Так автоматы АВВ классифицируются согласно МЭК 60947 – 2 (международный стандарт), где класс К (8 – 14) In, а класс Z (2 – 4) In.

Принцип работы теплового и электромагнитного расцепителя

Рис.1

Корпус ВА (1 ) выполняют из диэлектрического материала, как и рукоятка (2 ), которая служит для его включения. Фиксатор (3 ) предназначен для крепления на DIN-рейку при наличии обыкновенной отвертки (отгибаешь его и устанавливаешь или снимаешь ВА). Биметаллическая пластина (6) основной элемент ВА при защите от повышенной нагрузки. Суть ее в том, что она выполнена из особого сплава и имеет особые физико-технические характеристики и при прохождении через нее тока, который больше рабочего (номинального) тока, она изгибается. В результате данного изгиба она воздействует на элемент (7 ) и ВА отключает электрическую сеть. Это действия теплового расцепителя.

Если в электрической сети появились сверх токи (КЗ), то они проходят через соленоид (9 ), он втягивает сердечник и происходит отключение ВА. Это действия электромагнитного расцепителя .

Основные постулаты при выборе ВА для бытового потребителя

Когда потребитель покупает в магазине автоматический выключатель, в первую очередь он должен знать длительно допустимый ток кабеля, который он будет защищать.
При выборе аппаратов защиты (ВА) по тепловому расцепителю необходимо учитывать ток не отключения 1.13 In . Даже если нагрузка превышает номинальный ток в 1.11 раза, то тепловой расцепитель не сработает, а при длительном воздействии данного тока на провод это может привести к нежелательным последствиям.
Коэффициент 1.45 относительно номинального тока учитывает, когда отключится автоматический выключатель. Для ВА это время примерно через 1 час, но это зависит от многих факторов, внешняя среда, завод изготовитель, количество автоматов, которые расположены. А в это время изоляция кабеля может плавиться. Учитываете этот коэффициент при выборе ВА по номинальному току относительно длительно допустимого тока отходящего кабеля.

По количеству полюсов ВА делятся на одно, двух, трех и четырех полюсные. Так же выбирают ВА по степени защиты, количество контактов, виду установки, наличию токоограничения и так далее.

Номинальные токи автоматических выключателей находятся на наружной панели. Основная линейка для бытовых ВА 6.3, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63 А есть и больше.

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.

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

Анализ отказов и неноминальных режимов работы электрических машин позволяет выделить следующие типы аварий, часто встречающиеся на практике:

Короткое замыкание (КЗ) на зажимах машины либо в обмотке статора;

Заторможенный ротор при пуске двигателя (режим КЗ двигателя, особенно часто встречается при его прямом пуске);

Обрыв фазы обмотки статора (часто встречается при защите обмоток плавкими предохранителями);

Технологические перегрузки, возникающие при набросе нагрузки в процессе работы двигателя;

Нарушение охлаждения, вызванное неисправностью системы принудительной вентиляции двигателя;

Уменьшение сопротивления изоляции, происходящее в результате старения изоляции из-за циклических температурных перегрузок.

Аварийные режимы в цепи асинхронного двигателя могут вызвать либо кратковременное увеличение тока в 12... 17 раз по сравнению с номинальным, либо длительное протекание тока, в 5... 7 раз превышающего его номинальное значение.

Для защиты электрических цепей от режима КЗ широко применяются автоматические выключатели, токовые реле и предохранители. При перегрузке по току требуется другое защитное оборудование. Так, при обрыве одной из фаз асинхронного двигателя наиболее эффективными являются минимальная токовая и температурная защиты; менее эффективной, но работоспособной - тепловая защита (тепловые реле). При заторможенном роторе весьма эффективны максимальные токовые реле и температурная защита, менее эффективна - тепловая защита. При перегрузке лучшие результаты дает температурная защита. Эффективны также тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя только температурная защита может предотвратить аварию.

Уменьшение сопротивления изоляции статорной обмотки двигателя может спровоцировать как перегрузку в цепи, так и КЗ.

Защита при такой аварии осуществляется специальными устройствами контроля сопротивления изоляции обмотки двигателя.

Основным аварийным режимом в осветительных установках является КЗ. Защита от перегрузки требуется только для осветительных установок, эксплуатируемых внутри помещений и во взрыво- и пожароопасной среде. Наиболее распространенным аппаратом защиты осветительных установок является автоматический выключатель. При включении ламп накаливания появляется кратковременный бросок тока, в 10...20 раз превышающий номинальный ток. Примерно за 0,06 с ток снижается до номинального. Значение броска тока определяется мощностью ламп. При выборе типа защиты ламп накаливания необходимо учитывать особенности их пусковых характеристик.

В связи с широким распространением силовой полупроводниковой техники для ее защиты требуется применение эффективных устройств. Одним из главных недостатков силовых полупроводниковых приборов является их низкая перегрузочная способность по току, что накладывает жесткие условия на аппаратуру защиты (по быстродействию, селективности и надежности срабатывания). В настоящее время для защиты силовых полупроводниковых приборов от КЗ (как внешних, так и внутренних) применяются быстродействующие автоматические выключатели, полупроводниковые выключатели, вакуумные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы, быстродействующие плавкие предохранители и др. Целесообразность применения той или иной защиты силовых полупроводниковых приборов определяется конкретными условиями их эксплуатации.

Особое место занимает защита электрических цепей. В настоящее время широко используются сети напряжением от 0,4 до 750 кВ. Основными, наиболее опасными и частыми видами повреждений в сетях являются КЗ между фазами и замыкание фазы на землю.

Основная масса потребителей получает питание от распределительных сетей напряжением 0,4; 6 и 10 кВ (в последнее время нашли широкое применение сети напряжением 0,66 кВ). Для питания стационарных силовых потребителей и осветительных установок общего назначения применяются трехфазные четырехпроводные сети напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью. Силовые потребители подключены к линейным напряжениям сети, а осветительные приборы - к фазным. Мощные силовые потребители, например электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, имеют напряжения 0,66; 6 и 10 кВ.

Основными аварийными режимами в таких сетях являются: однофазное КЗ (до 60% аварий), трехфазное КЗ (до 10%), двухфазное КЗ на землю (до 20%), двухфазное КЗ (до 10%).

Защита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществляется, как правило, аппаратами зашиты, а сети напряжением свыше 1000 В имеют релейную защиту.

Самыми распространенными аппаратами защиты сетей являются автоматические выключатели и предохранители. Если требуется иметь защиту с высоким быстродействием, чувствительностью или селективностью, то применяют релейную защиту, выполненную на базе реле и автоматических выключателей.

Электрические сети напряжением до 1000 В внутри помещений должны иметь также защиту от перегрузки, выполненную, как правило, на базе автоматических выключателей с тепловым или комбинированным расцепителями.

Основной задачей, стоящей при выборе аппаратуры защиты потребителей и электрических сетей, является согласование характеристик устройств защиты с предельными нагрузочными характеристиками (зависимостями допустимого тока от длительности его протекания) различных потребителей и сетей (проводов и кабелей). Для каждого конкретного типа потребителей наиболее полное согласование может быть достигнуто при использовании определенного типа аппаратов защиты. В случае полного согласования вольтамперные и временные характеристики аппарата защиты на графике проходят выше и как можно ближе к нагрузочной характеристике потребителя.