09.09.2021
Пара
Сечения проводников цеховых сетей выбираются по расчетному току, исходя из условия, чтобы проводники при работе в длительном режиме при нормальной температуре окружающей среды (воздух, земля) не перегревались сверх допустимой температуры. Выбранные по этому условию проводники проверяются по потере напряжения. Если число часов использования максимума превышает 5000, сечение проводников, проверяется по экономической плотности тока.
Величина расчетного тока для начала участка сети определяется по формулам:
, А (для недвигательной нагрузки),
, А (для двигательной нагрузки),
, А (постоянный ток),
где SР, РР – расчетная полная и активная мощности в начале линии, кВ•А и кВт,
UН – номинальное напряжение, кВ.
Сечение проводников должно выбираться по таблицам допустимой нагрузки ПУЭ из условия:
IР ≤ IДОП,
где IДОП – длительно допустимый ток на провода, кабели и шины данного сечения, А.
Расчет сетей на потерю напряжения должен обеспечить необходимый уровень напряжения на зажимах электроприемников как в максимальном, так и минимальном режиме нагрузки (п.1.2. 2 – 1.2.24 ПУЭ) и необходимую величину моментов вращения электродвигателей при сниженном напряжении в момент пика нагрузки.
Уровни и отклонения напряжения регламентируются п.п.1.2.23 и 5.3.55, 5.3.58 ПУЭ. Указаниями по проектированию силового электрооборудования промышленных предприятий установлены следующие допустимые отклонения от номинального эксплуатационного напряжения UН на зажимах электроприемников (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Допустимые отклонения напряжения на зажимах приемников
| Приемники и режим их работы | Снижение в % от UН | Повышение в % от UН |
| Электродвигатели | ||
| длительная работа в установившемся режиме – нормальная расчетная величина | ||
| длительная работа в установившемся режиме для отдельных особо удаленных электродвигателей в нормальных условиях | 8 – 10 | |
| то же, но в аварийных условиях | 10 – 12 | |
| Кратковременная работа в установившемся режиме при пуске соседнего крупного двигателя | 20 – 30 | |
| на зажимах пускаемого электродвигателя: | ||
| при частом пуске | ||
| при редком пуске | ||
| Печи сопротивления | ||
| в условиях длительной работы, нормальная расчетная величина | ||
| Индукционные печи; получающие питание от преобразователя | как электродвигатели | |
| Дуговые печи | ||
| длительная работа | ||
| Кратковременная работа | не лимитируется |
Продолжение таблицы 6.1
| Приемники и режим их работы | Снижение в % от UН | Повышение в % от UН |
| Сварочные аппараты | 8 –10 | |
| Краны | ||
| на переменном токе | 8 – 9 | |
| на постоянном токе | 11 – 12 |
Для определения допустимого отклонения напряжения на зажимах электроприемника низкого напряжения следует учесть потерю напряжения в питающем нагрузку трансформаторе, предполагая при этом, что напряжение холостого хода трансформатора на 5% выше эксплуатационного напряжения (400 В против 380 В). Потеря напряжения (%) в трансформаторе определяется по формуле
, В,
что соответствует потере напряжения.
, В,
где UХХ – напряжение холостого хода, В.
Напряжение на зажимах удаленного от трансформатора электродвигателя:
, В,
где UСЕТИ – потеря напряжения в сети низкого напряжения, В.
3 пара
Выбор защитной аппаратуры в сетях низкого напряжения
В эксплуатации электросетей возможны следующие ненормальные по току режимы работы:
- увеличение длительно протекающего тока сверх допустимого, не связанное с характером технологического процесса (например, естественное возрастание нагрузки в жилом доме со старой подводкой за счет включения новых электроприемников),
- кратковременное протекание тока перегрузки I пер, связанное с нормальным технологическим процессом (например, пуск асинхронных двигателей и т.п.),
- протекание тока короткого замыкания, значительно превышающего длительно допустимый ток нагрузки проводника.
Токи ненормальных режимов, значительно превышающие допустимые, чрезмерно нагревают проводники сети, что приводит к преждевременному износу изоляции, повреждениям отдельных участков сети, пожарам и т.п. Для предупреждения этого применяют защитные устройства – плавкие предохранители, автоматические воздушные выключатели (автоматы), магнитные пускатели.
Плавкие предохранители и автоматы должны обеспечить:
- надежную работу сети при протекании как максимальных рабочих токов I мах, так и возможных максимальных токов кратковременных перегрузок I пер, обусловленных нормальным технологическим процессом (пик тока при кратковременных технологических перегрузках, пусковой ток электродвигателя),
- отключение токов короткого замыкания и допустимых длительных токов перегрузки, не связанных с характером технологического процесса; при этом отключение должно происходить тем быстрее, чем больше ток ненормального режима превышает допустимый.
Отключение токов короткого замыкания должно быть по возможности селективным, т.е. при коротком замыкании должен отключаться только поврежденный участок сети, а остальные неповрежденные линии сети должны оставаться в работе.
Время работы защитных устройств определяется по их защитным характеристикам, дающим зависимость времени отключения от кратности тока перегрузки, или тока короткого замыкания по отношению к номинальному току защитного элемента, или просто от величины протекающего тока. Защитные характеристики плавких предохранителей и автоматов приводятся в соответствующих каталогах.
Плавкие предохранителиследует выбирать с соблюдением следующих условий:
- номинальный ток плавкой вставки предохранителя I пв для линии без электродвигателей не должен быть меньше максимального рабочего тока цепи, т.е.:
Iпв ≥ Iр.
Для электрических аппаратов и проходных изоляторов установлена следующая шкала номинальных токов:
1; 2,5; 4; 6; 10; 15; 25; 40; 60; 100; 150; (200);
250; (300); 400; 600; (800); 1000; 1500; 2000; 2500;
3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 15000А.
Примечание: В скобках указаны значения токов, не рекомендуемые ГОСТ к широкому применению.
- при выборе плавких предохранителей в цепях электродвигателей следует учитывать их пусковой ток. Опытом эксплуатации установлено, что при нормальных условиях пуска, т.е. сравнительно небольшой частоте пусков и при длительности их не более 8 – 10 сек, номинальный ток плавкой вставки может быть выбран из условия:
, А.
При тяжелых условиях пуска, т.е. при частых пусках и длительности пусков до 40 сек, следует исходить из условия:
, А.
В обоих случаях принимают следующие значения тока I пуск:
- в цепи одного электродвигателя: Iпуск = Кпуск. ´ Iн дв, А,
- в цепи, питающей несколько электродвигателей или электродвигатели и другие электроприемники:
Iпик ≥ Iпуск. тах × Iр – Ки × Iн.тах, А,
где второй член правой части равенства является наибольшим током нагрузки цепи от всех электроприемников и электродвигателей, за исключением тока нагрузки того электродвигателя, который дает наибольший прирост пускового тока,
Iпуск – пусковой ток максимального электродвигателя по мощности, А,
Ки – коэффициент использования этого электродвигателя,
Iр – расчетный ток группы электроприемников, А.
Возможность одновременного пуска двух или более электродвигателей не учитывают.
Для линии к сварочному трансформатору:
, А,
где IСВ – ток сварочного трансформатора, А.
- избирательная работа предохранителей практически выполняется, если номинальный ток плавкой вставки предохранителя на головном участке на 1 – 2 ступени стандартной шкалы токов превышает номинальный ток плавкой вставки предохранителя на ответвлениях к электроприемникам (одна ступень при малых токах в ответвлении к электроприемникам и две ступени – при больших токах). При этом учитываются обычно значения токов короткого замыкания в разветвленных сетях, питаемых трансформаторами до 1000 кВА включительно, и средние отклонения истинных параметров плавких вставок предохранителей от их типовых характеристик.
При кратности перегрузки примерно 1,6 предохранители не отключаются длительное время. При этом имеют место перегрев проводников примерно в 2,6 раза выше нормального и ускоренное старение изоляции, что недопустимо.
Для обеспечения более надежной защиты проводов от перегрузок выбирают плавкие вставки предохранителей с номинальным током по меньшей мере на 20% меньше допустимой нагрузки провода, а провода нагружают не более чем на 80% длительно допустимой для них нагрузки. Это ведет к плохому использованию материала проводов, и к такому положению прибегают лишь в тех случаях, когда сети не находятся под наблюдением квалифицированного персонала и могут быть перегружены.
Для сетей промышленных предприятий, обслуживаемых квалифицированным персоналом, для экономии материалов проводов выбирают предохранители так, чтобы они защищали сети от повреждений при токах короткого замыкания.
Таким образом, при защите сетей предохранителями сечение проводов и кабелей должно определяться не только по условию I доп, но должно также согласовываться с номинальным током плавкой вставки предохранителя, защищающего сеть, согласно условию:
, А,
где К з – кратность допустимого длительного тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата IЗ.
Для промышленных сетей и силовых сетей в жилых зданиях Кз = 0,33.
- для обеспечения безопасности людей:
, А,
где IКЗ(1) – ток однофазного короткого замыкания в конце защищаемого участка сети, А.
Автоматические выключатели(автоматы) используют для защиты линий, питающих электропотребители, от перегрузок и от токов короткого замыкания. Автомат отключается расцепителем, имеющим определенный ток срабатывания
I н расц.. Если ток в цепи, защищаемой автоматом, равен или превышает ток срабатывания расцепителя, последний освобождает подвижную систему автомата и он отключается.
Применяют расцепители тепловые, электромагнитные и комбинированные.
Комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного элементов, действующих независимо на отключение автомата.
Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины, выполненной из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения. При сильном нагреве током перегрузки эта пластина расцепителя изгибается и освобождает подвижную систему автомата, который отключается.
На том же принципе выполняются и тепловые реле магнитного пускателя.
Автоматы с тепловыми расцепителями и магнитные пускатели с тепловым реле хорошо защищают линии электросети только от перегрузок, но не защищают их от токов короткого замыкания, так как обладают большой тепловой инерцией. Поэтому для защиты от токов короткого замыкания последовательно с такими автоматами включают плавкие предохранители, а последовательно с магнитными пускателями – также предохранители или автоматы с электромагнитными расцепителями.
Электромагнитный расцепитель отключает автомат при токе, равном или превышающем ток срабатывания автомата, причем действует он мгновенно независимо от степени этого превышения. Очевидно, что автомат с электромагнитным расцепителем может защищать линию электросети только от токов короткого замыкания, но не от перегрузок.
Основными достоинствами автоматов и магнитных пускателей по сравнению с плавкими предохранителями является более совершенная защита от перегрузок и токов короткого замыкания, а также одновременное отключение всех трех фаз сети и исключение работы электродвигателей на двух фазах, ведущей к перегреву. Последнее возможно при перегорании предохранителя в одной фазе линии.
Автоматы выбираются согласно условиям:
| IН.А. ³ IН.Р.; | Iн.расц ³ Iр – для линии без ЭД, |
| VН.А. ³ VС ; | Iн.расц. ³ 1,1Iр – для линии с одним ЭД, для автоматов, устанавливаемых вне щитов и сборок, |
| Iн.расц ³ Iр / 0,85 – для автоматов устанавливаемых внутри шкафов и сборок, |
где IН.А. – номинальный ток автомата, А,
Iн.расц – номинальный ток расцепителя автомата, А,
Iр – длительный расчетный ток в линии, А,
VН.А. – номинальное напряжение автомата, В,
VС – напряжение сети, В.
Защита от короткого замыкания осуществляется выбором уставки тока электромагнитного расцепителя:
Iотс ³ IДЛ – для линии без ЭД,
Iотс ³ 1,25 Iпуск – для линии с одним ЭД,
Iпуск = К пуск IН.Д,
где Кпуск – кратность пускового тока. Принимается КП = 6,5… 7,5 – для АД,
КП = 2…3 – для СД и МПТ,
I Н.Д – номинальный ток двигателя, А,
Iпуск - пусковой ток, А.
Iотс ³ 1,25 IПик - для групповой линии с несколькими ЭД,
где Iотс – ток отсечки, А,
Iпик – пиковый ток, А.
Зная тип, IН.А и число полюсов автомата, выписываются все каталожные данные.
Сечение проводов и кабелей при защите линий электросети автоматами и магнитными пускателями выбирают также по формуле:
,
как и при защите сети предохранителями. Затем, выбранное сечение проводов для силовых сетей проверяют по формуле:
,
где К з – коэффициент соответствия, зависящий от условий прокладки и надзора за сетью: для промышленных сетей и силовых сетей в жилых зданиях Кз = 1.
Установочные автоматические выключатели проверяют также на динамическую устойчивость по ударному току короткого замыкания:
Iуст ³ iу.
Предохранители на ответвлении к двигателю с магнитным пускателем проверяются на селективность их действия. При коротком замыкании предохранитель должен сработать раньше пускателя
tср. пл < 0, 04 c,
при перегрузках первым должен срабатывать пускатель (тепловое реле).
tср пл > tср тепл.
Для определения tср пл и tср тепл пользуются токовременными характеристиками плавких предохранителей и тепловых реле.
В качестве противоаварийной автоматики в цеховых сетях применяется автоматический ввод резервного питания (АВР) от соседней магистрали или соседней ТП. Для этого используются автоматы и контакторы. Применение АВР позволяет устанавливать в цехе однотрансформаторные ТП вместо двухтрансформаторных.