Министерство образования и науки Республики Казахстан
ВОСТОЧНО - КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Д. Серикбаева
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УМР
___________Н.Н.Линок
_______________ 2003
Абенова К.З
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Методические указания и задания к контрольным работам
для студентов специальности 2401 "Электроснабжение" по отраслям
заочного обучения
Усть-Каменогорск
Методические указания разработаны на кафедре - промышленной энергетики в соответствии с Рабочей программой, составленной на основании Государственного общеобязательного стандарта образования Республики Казахстан для студентов специальности 240140 –"Электроснабжение" по отраслям.
Обсуждена на заседании кафедры
И.о. зав. кафедрой ПЭ Н.К.Ердыбаева
Протокол № от 2003г.
Одобрена методическим Советом механико-технологического института
Председатель Совета А.Г.Завалко
Протокол №_____ от __________ 2003
Разработал К.З.Абенова
Ст. преп. Кафедры ЭП
Нормоконтролер Петрова
УДК
Абенова К.З. Методические указания и задания к контрольным работам
для студентов специальности 240140 «Электроснабжение» по отраслям заочного обучения
В методические указания включены: варианты заданий для контрольной работы; приведена методика выполнения расчётов по выбору аппаратов высокого и низкого напряжения: предохранителей, автоматических выключателей, выключателей высокого напряжения, измерительных трансформаторов тока и напряжения, справочные материалы необходимые для работы.
Утверждены методическим Советом механико-технологическим институтом
Протокол № 3 от 24.10.2004 г.
Ó Восточно-Казахстанский
Государственный
технический университет
им. Д.Серикбаева, 2002
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 7
Общие указания 7
Содержание дисциплины 8
Контрольная работа 1 9
Рекомендации по выполнению задания 1 9
ВВЕДЕНИЕ
Создание новых видов технологического, электротехнического оборудования, совершенствование систем электроснабжения диктует создание новых электрических аппаратов, совершенствования находящихся на производстве.
В настоящее время развитие отраслей композиционных, электротехнических материалов, бурное развитие микропроцессорной техники привело к созданию электрических аппаратов нового поколения. Эти электрические аппараты имеют меньшие габариты при одних и тех же длительно допустимых токах, по сравнению с предыдущими сериями, электроизоляционные материалы с лучшими диэлектрическими свойствами, рассчитаны на большее число циклов работы В-О-В, повышенную износостойкость контактов.
Широко применявшиеся масляные выключатели заменяются воздушными, элегазовыми, вакуумными. Отечественные и зарубежные производители в комплектных установках отдают предпочтение вакуумным выключателям. Применение аппаратов высокого напряжения нового поколения создает широкие возможности для разработки и внедрения новых схем электроснабжения, модернизации существующих. Широкое применение микропроцессорной техники, полупроводниковых приборов привело к созданию бесконтактных аппаратов
Конструкции новых аппаратов дают возможность уменьшить габариты типового комплектного оборудования, повысить износостойкость, срок службы, улучшить условия обслуживания, монтажа и наладки.
1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Ряд дисциплин профессионального цикла требует знания аппаратов, выбора аппаратов. Дисциплина "Электрические аппараты" включает разделы:
- неавтоматические аппараты - рубильники, разъединители, предохранители;
- автоматические аппараты - выключатели высокого и низкого напряжения;
- токоограничивающие аппараты;
- измерительные трансформаторы;
- коммутационные аппараты, защитные аппараты, реле;
- выбор аппаратов, проверка аппаратов.
2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Для выполнения контрольных работ рекомендуется изучить основы дисциплины – назначение, конструкции аппаратов, порядок выбора аппаратов;
В данные указания включены задания для выполнения контрольных работ, справочные материалы в виде приложений, краткие тезисы по выполнению работы, список литературы. Недостающие справочные данные выбрать из рекомендуемой литературы, а также при использовании новейших информационных материалов указать источник информации.
Оформлять контрольную работу на листах формата А4 в рукописном или печатном вариантах. Каждая из контрольных работ оформляется в виде отдельной работы. На титульном листе работ указывать номер зачетной книжки.
Исходные данные заданий, относящиеся к выполняемому варианту записывать перед решением. Имеющиеся рисунки, эскизы, схемы, таблицы оформлять четко, понятно, нумеровать. Правильно выполненные контрольные работы зачитываются после устного собеседования.
Готовность контрольных работ не позднее, чем за две недели до начала сессии.
3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1
3.1 ЗАДАНИЕ 1
Выбрать защитные аппараты, коммутационный аппарат для электроприемника, подключенного к силовой сборке, и к силовой сборке. Данные электроприемника приведены в таблице 7, вариант соответствует последней цифре шифра зачетной книжки. Тип силовой сборки в таблице 1 определяется по первой букве фамилии. Токовая нагрузка сборки приведена в таблице 2, которую выбрать по предпоследней цифре шифра
Таблица1
| А, Д, И, Н, С, Х, Э | Б, Е, К, О, Т, Ц, Ю | В, Ж, Л, П, У, Ш,Я | Г, З, М, Р, Ф,Щ |
| ШРС | ПР | СПУ | ШР |
Таблица 2
| № варианта | ||||||||||
| Расчетный ток, сборки, IP. A |
3.2. УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ 1
3.2.1 Выбор автоматических выключателей
Для приведенных заданий рекомендуется выполнять выбор типов автоматов с комбинированными расцепителями серий АП-50, ВА, АЕ, выполняющими защиту от перегрузки и в зоне отсечки токов короткого замыкания, устанавливаемых в сборках указанного типа.
Общие условия выбора автоматов:
(3.2.1)
где КПГ – коэффициент перегрузки, IНОРМ..РАСЧ – ток нормального режима расчетный, А. IПРОД..РАСЧ – ток продолжительного режима расчетный, А.
Проверка выбранных выключателей производиться по условиям:
(3.2.2)
где iВКЛ – мгновенное значение тока включения, кА
iУД – ударный ток КЗ, кА
ТА – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с
IПt - периодическая составляющая тока КЗ в момент времени t=t, кA
Расцепители автоматических выключателей отстраиваются, исходя из общих условий выбора:
– номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки, выбирают отстраивая от длительного расчетного тока;
(2.2.3)
где IНОРМ.РАСЧ – номинальный ток одиночного приемника, или расчетный ток узла питания, А
расчетный ток узла питания
(3.2.4)
где SРАСЧ – полная расчетная мощность узла, кВА.
– ток срабатывания электромагнитного или полупроводникового расцепителя отстраивают от максимального кратковременного тока, для одиночного приемника максимальный кратковременный ток равен пусковому току двигателя, для группы приемников это пиковый ток.
(3.2.5)
где для электроприемника
для узла или группы приемников
(3.2.6)
IПУС, IНОМ – пусковой и номинальный токи приемника, создающего наибольший пусковой ток в группе приемников. В качестве такого приемника принять указанный в таблице 7,
КИ – коэффициент использования оборудования с заданным двигателем, принять по справочной литературе [ ]
Данные некоторых автоматов даны в таблицах приложения. Записать марку и данные выбранного автомата.
3.2.2 Выбор плавких предохранителей
Рекомендуется выбрать тип предохранителей, устанавливаемые в силовой сборке по таблице 1 для варианта. Условия пуска определить по виду механизма.
Плавкие предохранители должны выбираться по условиям (1.1).
Проверку плавких предохранителей следует производить по условиям:
.7)
где IП.ОЖ – ток ожидаемый в цепи с токоограничивающим аппаратом, действующее значение тока КЗ.
Ток плавкой вставки предохранителя определяют по условиям протекания длительного расчетного тока и ток плавкой вставки должен соответствовать кратностям допустимых токов.
(3.2.8)
Коэффициент a = 1,6 - 2,5, учитывающий условия пуска. При тяжелых пусках a = 1,6-2,0; при средних и легких a = 2,5-1,6.
При защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку
(3.2.9)
Выбрать и записать марку и данные плавкого предохранителя.
3.2.3 Выбор контакторов, пускателей
Рекомендуемые контакторы и пускатели электромагнитные. На токи до 40 А выбирать контакторы серии МК1-МК6, с числом включений более 300 в час. При токах свыше 40 А на переменном токе и 120 А постоянного тока применять новую серию КМ-15. Серия рассчитана на токи 160-630 А, допускают 600-1200 включений в час при ПВ 40%. Для неответственных механизмов с числом включений более 300 в час рекомендуется применять пускатели магнитные серий ПМЛ и ПМА, с числом включений 600-1200 в час. Общие условия выбора коммутационных аппаратов:
- по номинальному току определяется величина;
- степень защиты в зависимости от среды;
- выбирается по наличию или отсутствию реверса;
- выбирается по необходимости или отсутствию тепловой защиты;
3.3 ЗАДАНИЕ 2
Проверить предложенный масляный выключатель на устойчивость к токам короткого замыкания. По первой букве фамилии выбрать тип масляного выключателя в таблице 3. Расчетные значения, необходимые для выполнения задания, принять в соответствии с таблицей 8. Паспортные данные выключателей приведены в [2] Последняя цифра шифра зачетной книжки соответствует номеру варианта.
Таблица 3
| А, Т, И, Н, С, Х, Э | Б, Е, К, О, Д, Ц, Ю | В, Ж, Л, П, У, Ш, Я | Г,З, М, Р, Ф, Щ, |
| ВМПЭ-10-630-31,5У3 | С-35М-630-10У1 | ВПМП-10-20/1000У3 | У110А-2000-40У1 |
3.3.1 УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ 2
Условия проверки выключателя высокого напряжения в соответствии с «Указаниями по расчету токов КЗ».
По току включения, действующему и мгновенному значениям
(3.3.1)
По предельному сквозному току, действующему и мгновенному значениям
(3.3.2)
По термической стойкости к воздействию тока КЗ
или 
(3.3.3)
По току отключения
(3.3.4)
В тех случаях, когда
(3.3.5)
проверку следует выполнять по условию
(3.3.6)
где bНОРМ – нормированное процентное содержание апериодической составляющей номинального тока отключения, определяется по графику Рис.1
bНОРМ = ¦(t) или принимается исходя из данных завода-изготовителя.
Это значение определяется для момента расхождения контактов
где t C.B – собственное время отключения выключателя. Если t>0,09 с, то принимают bНОРМ=0.
Параметры восстанавливающего напряжения:
восстанавливающее напряжение
(3.3.7)
скорость восстанавливающего напряжения
(3.3.8)
По результатам проверки заполнить таблицу с расчетными и каталожными данными
Таблица 4
| Условия проверки выключателя | Расчетные или исходные данные | Каталожные данные |
| Тип выключателя | ||
|
| ||
|
| ||
|
| ||
|
| ||
|
| ||
| ||
|
|
3.4 ЗАДАНИЕ 3
Выбрать трансформатор тока внутренней установки для цепи элемента электрической сети. Проверить его в классе точности, стойкости к воздействию токов короткого замыкания. Если класс точности не задан, принять его самостоятельно по виду электрического элемента. По первой букве фамилии выбрать элемент в таблице 5, к которому выбирается трансформатор тока, по последней цифре шифра принимаются исходные данные к расчету по таблицам №№ 10,11,12,13. Недостающие данные принять по[2], [3].
Таблица5
| А, Д, И, Н, Л, Х, Э | Б, Е, К,О, Т, Ц, С | В, П, У, Ш, Ю, Р | Г,З, М, Ж, Ф, Щ, Я |
| Силовой трансформатор | Отходящая Кабельная линия | Двигатель | Линия ввода |
3.4.1 УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ 3
Трансформатор тока выбирается: по напряжению установки; по длительному току нагрузки;
, 
(3.4.1)
По электродинамической стойкости:
или 
(3.4.2)
где iУ – ударный ток КЗ по расчету; kЭД – кратность электродинамической стойкости по каталогу; I1.НОМ – номинальный первичный ток трансформатора тока; i ДИН – ток электродинамической стойкости.
По термической стойкости:
или 
(3.4.3)
где ВК – тепловой импульс КЗ по расчету; kt – кратность термической стойкости по каталогу; tТЕР – время термической стойкости по каталогу;
IТЕР – ток термической стойкости по каталогу.
По вторичной нагрузке: Z 2.НОМ ³ Z 2
Где - Z 2 – вторичная нагрузка трансформатора тока;
Z 2.НОМ - допустимая нагрузка трансформатора в выбранном классе точности.
Поскольку, индуктивное сопротивление вторичных цепей мало, можно принять Z 2 » r2.
(3.4.4)
(3.4.5)
где r ПРИБ - сопротивление приборов; I2.НОМ – вторичный номинальный ток.
Сопротивление приборов принимается равным rПРИБ = 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов. Чтобы трансформатор тока работал в нужном классе точности нужно чтобы соблюдалось (3.4),для этого рассчитывается сопротивление соединительных проводов.
отсюда можно определить сечение соединительных проводов:
(3.4.6)
где r - удельное сопротивление материала провода, для медных жил
r= 0,0175, для алюминиевых r= 0,0283.
- расчетная длина проводов, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока, ее можно принять равной, м
Все цепи ГРУ 6-10 кВ, кроме линий к потребителям............. 40 – 60
Цепи генераторного напряжения блочных электростанций........20 - 40
Линии 6-10 кВ к потребителям................................. 4 – 6
Все цепи РУ:
35 кВ...........................................60-75
110 кВ.......................................75 – 100
220 кВ....................................... 100-150
330-500 кВ...................................150 - 175
Выбранное сечение по условию прочности не должно быть менее 4 мм2 для алюминиевых жил, -2,5 для медных проводников. Сечение выше 6 мм2 не применяется
4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2
4.1 ЗАДАНИЕ 1
Измерительный трансформатор напряжения НТМИ-10-66У3 установлен на секции шин РУ-6 кВ с нагрузкой, указанной в таблице 6. Проверить его в классе точности. Номер варианта по номеру последней цифры зачетной книжки шифра. Условия проверки по классу точности в [3].
Таблица 6
| Номер шифра | ||||||||||
| Класс точности | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||||||
| Нагрузка S, ВА |
4.2 ЗАДАНИЕ 2
В цепи силового трансформатора установлен выключатель нагрузки. В соответствии с первой буквой фамилии студента выбрать выключатель нагрузки для цепи силового трансформатора из таблицы 14. К нему выбрать предохранитель, разъединитель. Данные для расчета и выбора предохранителя в таблице 9. Паспортные данные аппаратов принять по [2].
Таблица 14
| А, Е, Л, Р, Х Э | Б, Ж, М, С, Х, Ю | В, З, Н, Т, Ц | Г, И, О, У, Ш | Д, К, П, Ф, Щ, Я |
| ВНР-10/400-Зу3 | ВНРп-10/400-10Зу3 | ВНРп-10/400-10з3У3 | ВНРп-10/400-10зпУ3 | ВНРп-10/400-10зп3У3 |
4.2.1 УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ 2
Работа состоит из выбора и проверки предохранителя и проверки разъединителя и выключателя нагрузки.
Выбор предохранителя
Предохранитель высокого напряжения выбирается по тем же условиям, что и низковольтный по (3.2.7), (3.2.8), (3.2.9).
Плавкая вставка выбирается с учетом расчетного тока нагрузки на высокой стороне и максимального кратковременного тока нагрузки с низкой стороны трансформатора IПИК.
(4.2.1)
(4.2.2)
где IПИК(ВН) – пиковый ток низкой стороны, переведенный на высокую сторону по (3.2.6)
(4.2.3)
После выбора предохранителя определить время перегорания плавкой вставки при КЗ на низкой и высокой стороне трансформатора. которое принять за время срабатывания защиты. Время, в течении которого должен перегореть предохранитель, хотя бы в одной фазе зависит от того на какой ступени защиты установлен аппарат. Для данных расчетов время перегорания при КЗ на высокой стороне должно находиться в интервале 0,3<tЗ<0,8 c, при КЗ на низкой стороне более 0,3 с, т.е выше времени срабатывания автоматического выключателя, устанавливаемого на вводе низкой стороны. Если время сильно отличается от указанного интервала принять предохранитель с другой плавкой вставкой. Расчетное время определяется по время токовым характеристикам по [6].
При выборе разъединителя выключателя нагрузки учесть положения ПУЭ §1.4.3:
- аппараты и проводники, защищаемые плавкими предохранителями на номинальный ток до 60 А не проверяются по электродинамической стойкости;
- аппараты и проводники, защищаемые плавкими предохранителями независимо от их номинального тока и типа не проверяются по термической стойкости.
Цепь считается защищенной плавким предохранителем, если он способен отключить наименьший возможный аварийный ток данной цепи.
Выбор разъединителя
Разъединитель выбирается по длительно допустимому току, напряжению установки, затем проверяется по стойкости к воздействию токов КЗ. Все данные свести в таблицу 15.
Таблица 15
| Условия выбора и проверки | Расчетные или исходные данные | Каталожные данные | |
| Выключателя нагрузки | Разъединителя | ||
| |||
|
| |||
|
| |||
|
|
4.3 ЗАДАНИЕ 3
В цепи управления установлен трансформатор напряжения с нагрузкой. Рассчитать и выбрать мощность трансформатора, защитный аппарат в его цепи. Марки реле принять самостоятельно. Количество реле, установленных в цепях управления принять по таблице 16. Номер варианта определяется по последней цифре шифра зачетной книжки. [5]
4.3.1 УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ 3
Полная мощность трансформатора рассчитывается по мощности присоединенной нагрузки:
(4.3.1)
или
.
| № варианта | ||||||||||
| Механизм | Венти лятор | Печь нагрева | Лебед ка | Конве ер | Лифт | Комп рессор | Подъем ный меха низм | Свер лиль ный станок | Насос | Сушиль ная печь |
| Тип двигателя | 4А132 М2У3 | - | МТВ 312-6 | 4А160 S2У3 | МТМ 311-6 | 4А250 S6У3 | МТВ 412-8 | 4А132 М6У3 | 4А250М 6У3 | - |
| РН, кВт | 7,5 | 5,5 | 7,5 | |||||||
| UН, В | ||||||||||
| КПД % | 87,5 | 87,2 | 85,5 | 91,5 | 87,7 | 85,5 | 91,5 | |||
| Cos f | 0,88 | 0,7 | 0,86 | 0,73 | 0,89 | 0,69 | 0,81 | 0,89 | ||
| IПУС/IН,, А | 7,5 | 2,5 | 2,6 | 2,8 | 6,5 | 2,6 | 6,5 |
Таблица 7
Таблица 8
| № варианта | ||||||||||
| Ток сверхпереходный, IПО, кА | ||||||||||
| Мгновенное значение ударного тока, i У, кА | 34,3 | 32,75 | 29,3 | 84,13 | 55,44 | 84,9 | 45,82 | 64,2 | 41,45 | |
| Время релейной защиты, tРЗ ,с | 1,9 | 1,85 | 2,03 | 2,15 | 0,5 | 0,1 | 0,15 | 0,11 | 1,6 | 0,7 |
| t, с | 0,01 | 0,015 | 0,012 | 0,1 | 0,001 | 0,0013 | 0,001 | 0,01 | 0,01 | ,012 |
Таблица 9
| № варианта | ||||||||||
| Мощность трансфор Матора SНОМ, кВА | ||||||||||
| Напряжение трансфор- матора U 1/U 2, кВ, | 6/0,4 | 10/0,4 | 10/0,4 | 10/0,4 | 6/0,66 | 10/0,66 | 6/0,66 | 10/0,66 | 6/0,4 | 10/0,66 |
| Расчетный ток нагрузки на 0,4 кВ, IР, А | ||||||||||
| Пиковый ток на 0,4 кВ | ||||||||||
| Ток КЗ на высоком напряжении, I//, кА | 6,5 | 7,8 | 9,5 | |||||||
| Ток КЗ на низком напряжении, I//, кА | 3,5 | 2,8 | 4,5 |
Таблица 10. Силовой трансформатор
| № варианта | ||||||||||
| Мощность трансформатора, SНОМ, кВА | ||||||||||
| Напряжение U1/U2, кВ | 10/0,66 | 6/0,4 | 6/0,4 | 10/0,4 | 35/10 | 10/0,4 | 35/6 | 35/10 | 35/6 | 35/10 |
| Наименование присоединяемых приборов | Амперметр – 1 шт, счетчик активной энергии – 1шт, счетчик реактивной энергии – 1 шт | |||||||||
| Длина соединительных проводов до ТТ, LРАСЧ, м | ||||||||||
| Схема соединения трансформатора тока | Непол ная звезда | Звез да | Неполная звезда | Звез да | Неполная звезда | Звез да | Неполная звезда | Звез да | Неполная звезда | Звез да |
| Ток короткого замыкания сверхпереходной, IПО=I// кА | 9,2 | 12,4 | 16,5 | 15,3 | 12,1 | 12,6 | 17,9 | 21,1 | 13,6 | 17,4 |
| Ток короткого замыкания ударный, i У, кА | 14,3 | 18,7 | 27,6 | 18,4 | 20,6 | 11,7 |
Таблица 11. Отходящая кабельная линия
| Номер варианта | ||||||||||
| Расчетная активная мощность, РР, кВт | ||||||||||
| Расчетная реактивная мощность, QР, кВАр | 734,3 | 632,75 | 1293,4 | 841,3 | 2554,4 | 884,9 | 2445,9 | 864,2 | 941,45 | |
| Напряжение линии, кВ | ||||||||||
| Наименование присоединяемых приборов | Амперметр – 1 шт, расчетные счетчики активной – 1шт, реактивной энергии – 1 шт | |||||||||
| Длина соединительных проводов до ТТ, l РАСЧ, м | 4,5 | 5,8 | ||||||||
| Класс точности | 0,5 | 10Р | 0,2 | 1,0 | 1,0 | 10Р | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 0,5 |
| Ток короткого замыкания сверхпереходной, I по, кА | 9,2 | 12,4 | 16,5 | 18,3 | 17,1 | 22,6 | 17,9 | 21,1 | 13,6 | 7,4 |
| Ток короткого замыкания ударный, i у, кА | 14,3 | 18,7 | 27,6 | 34,4 | 20,6 | 11,7 |
Таблица 12. Линия ввода
Примечание: схему соединения трансформаторов тока принять самостоятельно | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 13. Двигатели
|
Таблица 16
| Номер варианта | ||||||||||
| Количество катушек реле, шт. | ||||||||||
| Количество катушек контакторов, шт. | ||||||||||
| Напряжение трансформатора напряжения, В | 220/36 | 380/220 | 220/127 | 220/36 | 380/36 | 380/220 | 220/127 | 220/24 | 380/24 | 380/220 |
ЛИТЕРАТУРА
1 Правила устройства электроустановок. Москва. Энергоатомиздат. 1985.
2 Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования Б.Н.Неклепаев,
И.П. Крючков. Москва. Энергоатомиздат. 1989.
3 Л.Д Рожкова, В.С Козулин, Электрооборудование станций и подстанций. М. Энергоиздат, 1987.
4 Л.Л. Коновалов, Л.Д.Рожкова. Электроснабжение промышленных предприятий. М. Энергия. 1972.
5 Справочник по проектированию электроснабжения. Под общей редакцией Ю.Н. Тищенко, Н.С. Мовсесова, Ю. Г. Барыбина. Энергоатомиздат. 1990.
6 Б.Ю. Липкин, Электроснабжение промышленных предприятий и установок, М., Высшая школа, 1981.