Устройство автоматического выключателя. Однолинейная магистральная схема электроснабжения производственного помещения (цеха). Расчет номинального тока электродвигателя. Выбор шин и проводов для линий электроснабжения. Расчет токов короткого замыкания.
Аннотация к работе
электромагнитного максимального расцепителя тока (1), представляющего собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току; Токоограничивающие автоматические выключатели ограничивают ток к. з. с помощью быстрого введения в цепь дополнительного сопротивления электрической дуги, при этом ток к. з. не достигает максимального ожидаемого значения. Однако автоматический выключатель во включенном состоянии должен пропускать протекающий по нему ток к. з., оставаясь в исправном состоянии, независимо от того, должен ли он или другой аппарат отключить этот ток. При выборе автоматического выключателя важно обеспечить селективность аппаратов защиты, то есть координацию их защитных (времятоковых) характеристик при любых типах повреждения (координация между времятоковыми характеристиками последовательно расположенных аппаратов защиты должна быть такой, чтобы в случае повреждения отключался только аппарат расположенный наиболее близко к повреждению). селективность должна быть обеспечена между последовательно включенными автоматическими выключателями в сети 0,4 кв, между защитой со стороны высокого напряжения питающего трансформатора и автоматическими выключателями 0,4 КВ, между автоматическим выключателем и магнитным пускателем данного присоединения. · независимую от тока характеристику; такие автоматические выключатели имеют только токовую отсечку, выполненую с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя, действующего без выдержки или с выдержкой времени: · ограничено зависимую от тока характеристику; в зоне токов перегрузки автоматический выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов к. з. автоматический выключатель отключается токовой отсечкой с независимой от тока ранее установленной выдержкой времени (для селективных автоматических выключателей) или без выдержки времени (для неселективных автоматических выключателей); автоматический выключатель имеет либо комбинированный либо полупроводниковый расцепитель: · трехступенчатую характеристику; в зоне токов перегрузки автоматический выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов к. з.В ходе выполнения данного курсового проекта мною были рассчитаны: номинальный ток электродвигателя ІНД=35,931 А; пусковой ток двигателя ІПД=251,517А; ударный пусковой ток двигателя ІУДП=386,972 А; длительный ток ІДЛ=361,271 А. Также было рассчитано сечение шины шинопровода Sш=258,05 мм2 и по таблице типоразмеров шин шинопровода мной было выбрано значение сечения шины шинопровода Sш=266,1 мм2. Далее в ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны токи 3-фазного короткого замыкания в различных точках КЗ : ІК.З.1(3)= 2,24 КА; ІК.З.2(3)=2,37 КА; ІК.З.4(3)=2,71 КА. Далее по выбранному по таблице значению номинального тока автомата ІНА=400 А и рассчитанного значения номинального тока расцепителя ІНР=400 А по таблице выбирается автоматический выключатель SF1 серии ВА 55-37. По значению номинального тока автомата ІНА=63 А, и значению номинального тока расцепителя ІНР=50 А, выбирается автоматический выключатель SF2 серии ВА 61F29.
Введение
Электрические и электронные аппараты осуществляют управление потоком энергии от источника к потребителю. Они применяются в системах производства и распределения электрической энергии, в системах электроснабжения всех видов производства, в том числе и в системах электроснабжения электрического транспорта. Электрические и электронные аппараты наряду с электрическими машинами являются основными средствами электрификации и автоматизации. Стоимость их нередко оказывается соизмеримой со стоимостью управляемых ими электрических машин и оборудования или даже превышает ее.
По назначению, значительную часть составляют коммутационные аппараты, осуществляющие переключения в цепях. Это рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Характерным для этой группы является относительно редкое их включение и отключение. В сетях 0,4 КВ широкое применение получили автоматические выключатели.
1. Теоретическая часть
В сети 0,4 КВ выбор коммутационных, защитных аппаратов, и проводников линий электроснабжения взаимосвязан. Для любого присоединения должны быть обеспечены: 1. Нормальный режим работы. Номинальные напряжения и токи аппаратов, и допустимые. В сети 0,4 КВ токи проводников линий электроснабжения должны соответствовать номинальному напряжению и длительному расчетному току нагрузки. Исполнение аппаратов и типы проводников линий электроснабжения должны соответствовать условиям их эксплуатации.
2. Стойкость при коротком замыкании. Аппараты и проводников линий электроснабжения должны быть стойкими при коротком замыкании, а аппараты защиты - надежно отключать расчетные токи короткого замыкания.
3. Защита от всех видов короткого замыкания. Параметры аппаратов защиты и проводников линий электроснабжения должны обеспечивать достаточную чувствительность защиты ко всем видам короткого замыкания в конце защищаемой зоны. Рекомендуется применять автоматические выключатели с комбинированным расцепителем, элемент зависимой характеристикой которого является резервной защитой. Должны обеспечивать селективность (отключение только поврежденного участка), надежность срабатывание при появлении условий на срабатывание (несрабатывание при их отсутствии), быстродействие защиты. Быстрое отключение короткого замыкания обеспечивает стойкость аппаратов и проводников линий электроснабжения к термическому действию токов короткого замыкания, снижает длительность перерывов питания электроприемников, облегчает последующий самозапуск электродвигателей (ЭД), обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, предотвращает возможность нарушения синхронной параллельной работы маломощных аварийных генераторов, а также синхронных (ЭД).
4. Защита от ненормальных режимов - длительной перегрузки электродвигателей, подверженных перегрузкам по технологическим причинам, а также проводов и проводников линий электроснабжения в случаях, предусмотренных правилами устройств электроустановок. При пуске и самозапуске (ЭД) аппараты защиты не должны отключать цепь.
Автоматические выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей при к. з. или ненормальных режимах (перегрузках, исчезновении или снижении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. Отключение автомата при перегрузках и к. з. выполняется автоматическим устройством, которое называется максимальным расцепителем тока (расцепителем). Включают автоматы вручную, а отключать можно вручную и автоматически, в результате срабатывания вмонтированных в корпус расцепителей.
Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями предназначены для защиты от перегрузок. В качестве теплового расцепителя служит биметаллическая пластинка. При прохождении по ней тока перегрузки она изгибается и приводит в действие расцепляющий механизм, отключающий автомат.
Электромагнитный расцепитель состоит из катушки, сердечника и пружины. Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем служат для защиты от коротких замыканий. Ток короткого замыкания, проходя по катушке, содействует втягиванию внутрь ее сердечника, который сжимает пружину и приводит в действие расцепляющее устройство. Автоматические выключатели могут иметь тепловой или электромагнитный расцепитель или одновременно тот и другой, т. е. комбинированный. Кроме того применяются полупроводниковые расцепители. Автоматы могут быть оснащены дополнительными устройствами: нулевым или минимальным расцепителем, отключающим автомат при снижении напряжения до определенной величины; дистанционным расцепителем для дистанционного отключения автомата и рядом других. Количество полюсов автоматического выключателя зависит от числа фаз и дополнительных устройств.
Конструктивно однополюсный автоматический выключатель с комбинированным расцепителем состоит из следующих основных узлов (рис.1):
Рис.1. Устройство автоматического выключателя
- электромагнитного максимального расцепителя тока (1), представляющего собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току;
- Дугогасительного устройства (2), устанавливаемого в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины;
- Контактной системы (3), состоящей из неподвижных контактов, закрепленных в корпусе, и подвижных контактов, шарнирно посаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, обычно, одинарный разрыв цепи.
- Корпуса (4);
- Клемм подключения (5);
- Теплового расцепителя (6), представляющего собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока.
Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления автомата. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе).
· уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки);
· уставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;
· уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).
Автоматические выключатели основе таких расцепителей получают сигнал от измерительного устройства и формируют соответствующую защитную характеристику, выдающую сигнал через промежуточное реле на независимый расцепитель.
Кроме того, автоматические выключатели различают на нетокоограничивающие и токоограничивающие. Нетокоограничивающие автоматы не ограничивают ток к. з. в цепи, и он достигает максимального ожидаемого значения. Токоограничивающие автоматические выключатели ограничивают ток к. з. с помощью быстрого введения в цепь дополнительного сопротивления электрической дуги, при этом ток к. з. не достигает максимального ожидаемого значения.
Автоматические выключатели выполняют одновременно функции защиты и управления. Независимо от выполняемых функции автоматические выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания тв.с. (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на: · Нормальные (тв.с.=0,02-0,1 с,);
· Селективные (тв.с. Регулируется до 1с);
· Быстродействующие, обладающие токоогнраничивающим эффектом (тв.с. не более 0,05 с).
Номинальным током (ІНА) и напряжением (UHA) автоматического выключателяназывают значения тока и напряжения, которые способны выдерживать главные токоведущие части автомата в длительном режиме.
1. При выборе автомата
ІНА. ? ІНР., UHA.? UЛ , где ІНР. -номинальный ток расцепителя; UЛ - напряжение в линии электроснабжения, где установлен автоматического выключатель.
2. Номинальный ток расцепителя выбирается по условиям: · ІНР. ? 1,25 ІНД - для линии с одним ЭД;
где ІНД - номинальный ток электродвигателя;
· ІНР. . ? 1,1 ІМ - для линии с несколькими ЭД, где ІМ - максимальный ток в линии с несколькими ЭД.
3. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя (Іу.эм.) или ток срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени (ІУКЗВ), для селективных выключателей, выбирается по условию чувствительности к наименьшему току КЗ в зоне защиты (I КЗ.(1) ? ІУЭМ) отстройки от пусковых токов (ІУЭМ. > I УДП): · I КЗ.(1) ? ІУЭМ. > I УДП. - для линии с одним ЭД;
· I КЗ(1) ? ІУЭМ или ІУКЗВ. > 1,2 ІПИК - для линии с несколькими ЭД, где I УДП - ударный пусковой ток ЭД;
ІПИК - пиковый ток группы ЭД (наибольший ток, возникающий в линии, длительностью 1-2с);
4. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя или ток срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени для селективных выключателей принимаются кратными номинальному току расцепителя
ІУЭМ или ІУКЗВ. =( КУЭМ.или КУ К.З) ІНР.
5. Ток срабатывания теплового расцепителя (ІУТ ) или ток срабатывания в зоне токов перегрузки (ІУП) для выключателей с полупроводниковым расцепителем, принимаются кратными номинальному току расцепителя
ІУТ или ІУП. = (КУТ или КУП) ІНР
Значения коэффициентов КУЭМ, КУК.З, КУТ, КУП. приводятся в технических характеристиках автоматических выключателей.
Автоматические выключатели проверяются на отключающую способность, согласно условий: 6. Предельная коммутационная способность (ПКС) или номинальная рабочая наибольшая отключающая способность ICS должны отвечать условиям: ІКЗ.(3) < ПКС или ІКЗ.(3) < ICS
Предельная коммутационная способность (ПКС) или ICS - максимальный ток короткого замыкания, отключение которого гарантирует дальнейшую работоспособность автоматического выключателя.
7. Одноразовая предельная коммутационная способность (ОПКС) или согласно ГОСТ Р 50030.2-99 (МЭК 60947.2) номинальная предельная наибольшая отключающая способность ICU должны отвечать условиям: I.УДКЗ (3) < ОПКС или ІУДКЗ .(3) < ICU
Одноразовая предельная коммутационная способность (ОПКС) или ICU - максимальный ток короткого замыкания, который автомат может отключить один раз, после чего требуется либо замена автоматического выключателя, либо его капитальный ремонт.
Значения ПКС или ICS и ОПКС или ICU соответствуют ожидаемому току к. з., который возникает в цепи при отсутствии данного автоматического выключатели и токоограничения.
Автоматические выключатели проверяются на надежность срабатывания, согласно условий: I.КЗ(1) ? 3 ІНР
Понятия ПКС и ОПКС относятся к процессу отключения. Однако автоматический выключатель во включенном состоянии должен пропускать протекающий по нему ток к. з., оставаясь в исправном состоянии, независимо от того, должен ли он или другой аппарат отключить этот ток. Это свойство автоматического выключателя характеризуется понятием электродинамической и термической стойкости.
Электродинамическая стойкость характеризуется амплитудой ударного тока к. з., который способен пропустить автоматический выключатель без остаточных деформаций или недопустимого отброса контактов, приводящего к их привариванию или выгоранию. Если значение электродинамической стойкости в каталге не приводиться, то это означает, что стойкость автоматического выключателя определяется его коммутационной способностью.
Термическая стойкость характеризуется допустимым значением так называемого «Джоулевого интеграла» , отражающего количество тепла, которое может быть выделено в автоматическмм выключатели за время действия тока к. з. В каталогах термическая стойкость задается величиной, измеряемой в КА2 с. Если термическая стойкость в каталоге отсутствует, то это означает, что автоматический выключатель является термически стойким при всех временах отключения, определяемых его защитной характеристикой.
При выборе автоматического выключателя важно обеспечить селективность аппаратов защиты, то есть координацию их защитных (времятоковых) характеристик при любых типах повреждения (координация между времятоковыми характеристиками последовательно расположенных аппаратов защиты должна быть такой, чтобы в случае повреждения отключался только аппарат расположенный наиболее близко к повреждению). селективность должна быть обеспечена между последовательно включенными автоматическими выключателями в сети 0,4 кв, между защитой со стороны высокого напряжения питающего трансформатора и автоматическими выключателями 0,4 КВ, между автоматическим выключателем и магнитным пускателем данного присоединения.
Селективная работа автоматического выключатели при перегрузках достигается достаточно просто: номинальный ток выше установленного автоматического выключателя должен быть больше номинального тока ниже установленного автоматического выключателя. Селективная работа автоматов при к. з. обеспечивается применением селективных автоматических выключателей имеющих выдержку времени при срабатывании токовой отсечки.
Селективность автоматических выключателей проверяется сопоставлением их времятоковых характеристик. Времятоковые характеристики, построенные с учетом разбросов по току и времени срабатывания не должны накладываться или пересекаться.
Автоматические выключатели могут иметь следующие времятоковые характеристики (рис. 1): · зависимую от тока характеристику; такие автоматические выключатели имеют только тепловой расцепитель и применяются редко;
· независимую от тока характеристику; такие автоматические выключатели имеют только токовую отсечку, выполненую с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя, действующего без выдержки или с выдержкой времени: · ограничено зависимую от тока характеристику; в зоне токов перегрузки автоматический выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов к. з. автоматический выключатель отключается токовой отсечкой с независимой от тока ранее установленной выдержкой времени (для селективных автоматических выключателей) или без выдержки времени (для неселективных автоматических выключателей); автоматический выключатель имеет либо комбинированный либо полупроводниковый расцепитель: · трехступенчатую характеристику; в зоне токов перегрузки автоматический выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов к. з. - с независимой, заранее установленной, выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких к. з.- без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания); автоматический выключатель имеет полупроводниковый расцепитель.
Рис.2. Времятоковые характеристики автоматических выключателей: а - зависимая; б -независимая; в -ограниченно зависимая; г - трехступенчатая. 1 - с выдержкой времени при к. з.; 2 - без выдержки времени при к. з.
Механический резонанс. Всякая упругая механическая система имеет так называемую собственную частоту колебаний. Если какая-либо сила выведет эту систему из равновесия (деформирует ее каким-либо образом, не переходя предела упругости), а затем перестанет действовать, то система будет некоторое время колебаться около своего положения равновесия. Частота этих колебаний и называется собственной частотой колебаний системы. Скорость их затухания зависит от упругих свойств и массы системы и ее деталей, а также от сил трения и не зависит от значения силы вызвавшей колебания.
Если сила, выводящая механическую систему из равновесия будет меняться с частотой, равной частоте собственных колебаний системы, то на деформацию одного периода будет накладываться деформация следующего периода и система будет раскачиваться со все возрастающей амплитудой, теоретически до бесконечности. Естественно, что никакая конструкция не может противостоять такой все возрастающей деформации и разрушится.
Совпадение частоты собственных колебаний с частотой изменения электродинамической силы называется механическим резонансом.
2. Задание на проектирование
Однолинейная магистральная схема электроснабжения производственного помещения (цеха) приведена на рис.3.
Электроснабжение электродвигателей (ЭД) (1) оборудования, расположенного в производственном помещении (цехе) (2), осуществляется по магистральной схеме шинопроводом от отдельно расположенного силового двухобмоточного трансформатора (3) с соединением обмоток «звезда/звезда с нулем». Необходимо выбрать автоматические выключатели SF1 и SF2 и проверить шинопровод на электродинамическую стойкость с учетом механического резонанса.
Таблица исходных данных (табл.1) заполняется согласно заданного преподавателем варианта из приложения №1 [5].
Таблица 1
Исходные данные
№п\п Параметры Обозн. Разм. Значение
1 Мощность питающего трансформатора ST КВА 250
2 Соотношение сопротивлений питающей системы и трансформатора Хс/Xm - 2
3 Длина: · линии L1 · линии L2 l1 l2 м м 50 7
4 Материал шин и проводов - - Cu
5 Номинальная мощность электродвигателя Рном КВТ 18,5
7 К.П.Д. электродвигателя h % 88
8 Коэффициент мощности электродвигателя cosj - 0,89
11 Характеристика помещения А В курсовом проекте в качестве электрической нагрузки рассматривается трехфазный асинхронный ЭД с короткозамкнутым ротором получивший широкое распространение в промышленности. Для таких ЭД мощностью до 50 КВТ и более, благодаря своей простоте, получил наибольшее применение пуск непосредственным включением в сеть. Однако этот способ пуска имеет существенный недостаток: в момент подключения ЭД к сети в обмотке статора возникает большой пусковой ток, в 5 - 7 раз, превышающий номинальный ток двигателя.
3. Предварительные расчеты
Номинальный ток электродвигателя: (1) где Рном.дв.- номинальная мощность двигателя;
Uном.л.- номинальное линейное напряжение на обмотке статора (0,38КВ);
? - КПД при номинальном моменте на валу двигателя (в долях от единицы);
cos? - коэффициент мощности.
А;
Пусковой ток двигателя: А, (2) где KI - кратность пускового тока двигателя.
А, Ударный пусковой ток двигателя (действующие значение): А; (3)
А;
Длительный ток в линии L1: А, (4) где ST - номинальная мощность трансформатора, КВА;
UHT - номинальное напряжение трансформатора на низкой стороне, (0,4КВ)
А.
4. Выбор шин и проводов для линий электроснабжения
4.1 Выбор шин для линии L1
Шины для линии электроснабжения L1 выбирается с учетом соответствия с аппаратом защиты в качестве которого принимается автоматический селективный выключатель с полупроводниковым расцепителем. Допустимый ток в шинах (ІДОП) определяется согласно условия: А, (5) где КЗЩ - коэффициент защиты; ІУП - ток срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне токов перегрузки.
Принимаем КЗЩ = 1 - для нормальных (неопасных) помещений.
А, (6) где КУ П - кратность тока срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне токов перегрузки.
А;
А;
Сечение шин шинопровода определяется по формуле: А, (7) где Jэ - экономическая плотность тока.
Провода для линии электроснабжения выбирается с учетом соответствия с аппаратом защиты в качестве, которого принимается автоматический выключатель с комбинированным расцепителем. Допустимый ток в проводах (ІДОП) определяется согласно условия: А, (8)
КЗЩ - коэффициент защиты;
ІУТ - ток уставки теплового расцепителя автоматического выключателя.
А, (9) где КУ Т - кратность тока уставки теплового расцепителя автоматического выключателя.
А;
А;
Сечение фазных проводов (SФ) и нулевого провода (S0) выбирается из табл.2 [5] по длительно допустимому току (ІДОП). При этом сечение нулевого провода выбирается из условия S0 ? 0,5SФ. Получаем: SФ = 10 мм2 S0 = 5 мм2
5. Расчет токов короткого замыкания
При расчете токов короткого замыкания рассчитываются максимальные (ток 3-фазного КЗ сразу за автоматом) и минимальные (ток 1-фазного КЗ в наиболее удаленной точке зоны защиты автомата). Точки, где рассчитываются токи КЗ и схемы замещения для расчета токов КЗ приведены на рис. 4 . автоматический выключатель ток электродвигатель
Рис.4. Точки и схемы замещения для расчетов токов КЗ
Ток 3-фазного К.З. рассчитывается по формуле: , КА, (10) где UЛ - линейное напряжение в точке КЗ, В;
ZK.З.- полное сопротивление до точки КЗ, МОМ.
Полное сопротивление до точки КЗ рассчитывается по формуле: , МОМ, (11) где RКЗ - активное сопротивление до точки КЗ, МОМ;
ХКЗ - индуктивное сопротивление до точки КЗ, МОМ.
Активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ рассчитываются по формулам: и - для точки Т1;
и - для точки Т2;
и - для точки Т4, (12) где RL1 и XL1 - активное и индуктивное сопротивление линии L1; RL2 и XL2 - активное и индуктивное сопротивление линии L2; RT и XT - активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности питающего трансформатора (значения RT, XT и ZT(1) приведены в табл. 3 [5]); XC - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы (находим из соотношения XC/XT); RПК - суммарное переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаемым равным 15 МОМ). Активным сопротивлением системы пренебрегаем.
Значения RL1 , XL1 и RL2 , XL2 определяются по формулам: RL1 = r0L1 l1; RL2 = r0L2 l2;
XL1 =x0L1 l1; XL2 =x0L2 l2, (13) где r0L1 и x0L1 - удельные активное и индуктивное сопротивление линии L1; r0L2 и x0L2 - удельные активное и индуктивное сопротивление линии L2.
Удельное активное сопротивление линии может быть рассчитано по формуле: , МОМ/м,? (14) где g - удельная проводимость материала проводника линии, м/(Ом мм2), g = 30 м/(Ом мм2) - для алюминия;
Значения удельных индуктивных сопротивлений можно принять: x0L1 = 0,15 МОМ/м. - для линии L1;
x0L2 = 0,09 МОМ/м. - для линии L2;
Расчет токов 3-фазного КЗ
Для точки Т4: , КА, принимаем UЛ для Т4 :0,4 КВ
Рассчитываем полное сопротивление до точки Т4:
ХТ = 27,2 МОМ;
RT = 9,4 МОМ;
RПК=15МОМ
КА.
Для точки Т2: , КА, принимаем UЛ для точки Т2 : 0,38 КВ
Рассчитываем полное сопротивление до точки Т2 :
КА.
Для точки Т1 : , КА, принимаем UЛ для точки Т1 : 0,38 КВ
Рассчитываем полное сопротивление до точки Т1 :
КА.
Ток 1-фазного КЗ рассчитывается по формуле: , КА, (15) где UФ - фазное напряжение в точке КЗ, В
ZП - полное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки КЗ, МОМ;
ZT(1) - полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, МОМ.
Полное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки КЗ рассчитывается по формуле: , МОМ/м, (16) где RП - активное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки КЗ, МОМ;
ХП - индуктивное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки КЗ, МОМ.
Активное и индуктивное сопротивления петли «фаза - нуль» до точки КЗ рассчитываются по формулам: и - для точки Т1;
и - для точки Т3. (17)
Значения RПL1 и RПL2 определяются по формулам: RПL1= RПL1 l1;
RПL2 = RПL2 l2, (18) где RПL1 и RПL2 - удельное активное сопротивление петли «фаза - нуль» линии L1 и линии L2 соответственно.
Удельное активное сопротивление петли «фаза - нуль» для любых линий может быть рассчитано по формуле: RПL = 2 r0L. (19)
Значения удельных индуктивных сопротивлений можно принять: XПL1 = 0,2 МОМ/м. - для линии L1;
XПL2 = 0,15 МОМ/м. - для линии L2;
Расчет токов 1-фазного КЗ
Для точки Т1 : , КА, Рассчитываем полное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки Т1:
Z(1)T=312 МОМ;
КА.
Для точки Т3 : КА, Рассчитываем полное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки Т3 :
КА.
Расчет ударных токов трехфазного КЗ производится по формуле: , КА, (20) где КУД - ударный коэффициент: . (21)
Расчет ударных токов 3-фазного КЗ
Для точки Т1 : А, Рассчитываем ударный коэффициент:
.
Для точки Т2: КА, Рассчитываем ударный коэффициент:
КА.
Для точки Т4: КА, Рассчитываем ударный коэффициент:
КА;
Результаты расчетов токов короткого замыкания сводятся в сводную ведомость токов КЗ (табл.2).
Таблица 2
Сводная ведомость токов КЗ
Точка КЗ RK.З., МОМ ХК.З., МОМ ZK.З., МОМ , КАКУДІУД.КЗ, КАZП, МОМ , КА
1 38,775 89,8 97,7 2,24 1,3 4,12 30,8 1,62
2 24,775 89,1 92,48 2,37 1,5 5,03 - -
3 - - - - - - 10,02 2,03
4 24,4 81,6 85,16 2,71 1,48 5,67 - -
Проверка условия нормального пуска двигателя: при длительности пуска tn = 3 с ?5с, должно выполняться следующее условие: - в условиях легкого пуска (длительность пуска tn ?5с);
т.е. условие нормального пуска двигателя соблюдено.
6. Выбор автоматических выключателей
Выбираем автоматические выключатели с ручным приводом стационарной установки.
6.1 Автоматический выключатель SF1
По полученным данным и требованиям схемы включения и защиты формируем требования к автоматическому выключателю: · Род тока - переменный
· Номинальное напряжение UHA.? 400 В
· Число главных контактов - 3
· Тип расцепителя -полупроводниковый
· Номинальный ток расцепителя - ІНР ? 1,1 ІМ (значение максимального тока в линии L1 принимаем I М = ІДЛ)
I ДЛ = 361,271 А ІНР ? 397,4 А · Номинальный ток автомата ІНА ? ІНР
ІНА = 400 А ІНР =1ІНА = 400 А По сформированным требованиям и данным приложения №3 [5] выбираем выключатель с характеристиками, приведенными в табл. 3.
Таблица 3
Характеристики автоматического выключателя SF1
1 Серия выключателя ВА 55-37
2 Род тока переменный
3 Номинальное напряжение UHA., В 400
4 Номинальный ток расцепителя, ІНР,А 400
5 Число главных контактов 3
6 Тип расцепителя полупроводниковый
7 Номинальный ток автоматического выключателя, ІНА, А 400
8 Кратность тока срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени к номинальному току расцепителя, КУ К.З 3
9 Ток срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени, ІУКЗВ, КА 1,2
10 Ток срабатывания в зоне токов КЗ без выдержки времени, ІУКЗ, КА 20
11 Кратность тока срабатывания в зоне перегрузки к номинальному току расцепителя, КУ П 1,25
12 Ток срабатывания в зоне токов перегрузки ІУП, КА 0,5
13 Предельная коммутационная способность (ПКС), КА 32,5
14 Одноразовая предельная коммутационная способность (ОПКС), КА 38
15 Вид привода ручной
16 Способ установки стационарный
· Ток срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени ІУКЗВ рассчитывается по формуле
· Ток срабатывания в зоне токов перегрузки ІУП рассчитывается по формуле
Проверка автоматического выключателя: · на надежность срабатывания, согласно условия:
1620 ? 1200
· на предельную коммутационную способность (ПКС), согласно условия:
2,71 < 32,5
· на одноразовую предельную коммутационная способность (ОПКС), согласно условия:
5,67 < 38
· проверка тока срабатывания полупроводникового расцепителя на чувствительности к наименьшему току КЗ в зоне защиты и отстройку от пусковых токов, согласно условия: I КЗТ1.(1) ? ІУКЗВ. > 1,2 ІПИК
1620 ? 1200 > 433,5
Значения пикового тока принимаем ІПИК = 1,2 ІДЛ
6.2 Автоматический выключатель SF2
По полученным данным и требованиям схемы включения и защиты формируем требования к автоматическому выключателю: · Род тока - переменный
· Номинальное напряжение UHA.? 380 В
· Число главных контактов - 3
· Тип расцепителя - комбинированный ( РТ и РЭ)
· Номинальный ток расцепителя - ІНР. ? 1,25 ІНД
I Н Р? 45
· Номинальный ток автомата ІНА. ? ІНР
ІНА=63 А ІНР=50 А По сформированным требованиям и данным приложения №4 [5] выбираем выключатель с характеристиками, приведенными в табл. 4
Таблица 4
Характеристики автоматического выключателя SF 2
1 Серия выключателя ВА 61 F29
2 Род тока переменный
3 Номинальное напряжение UHA., В 380
4 Номинальный ток расцепителя, ІНР ,А 50
5 Число главных контактов 3
6 Тип расцепителя комбинированный
7 Номинальный ток автоматического выключателя, ІН.А., А 63
8 Кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току расцепителя, КУЭМ 12
9 Ток срабатывания электромагнитного расцепителя ІУЭМ, КА 0,6
10 Кратность тока срабатывания теплового расцепителя к номинальному току расцепителя, КУТ 1,3
11 Ток срабатывания теплового расцепителя ІУТ, КА 0,065
12 Номинальная рабочая наибольшая отключающая способность, ICS, КА 6
13 Номинальная предельная наибольшая отключающая способность, ICU, КА 9
14 Вид привода Ручной
15 Способ установки стационарный
·
Ток срабатывания электромагнитного расцепителя ІУЭМ рассчитывается по формуле
· Ток срабатывания теплового расцепителя ІУТ рассчитывается по формуле
Проверка автоматического выключателя: · на надежность срабатывания, согласно условия:
1620 ? 150
· на номинальную рабочую наибольшую отключающую способность ICS , согласно условия:
2,37 < 6
· на номинальную предельную наибольшую отключающую способность ICU, согласно условия:
5,03<9
· проверка тока срабатывания электромагнитного расцепителя на чувствительность к наименьшему току КЗ в зоне защиты и отстройку от пусковых токов, согласно условия:
1620 ? 600 > 386,972
Условное обозначение выбранного автоматического выключателя.
Условное обозначение записывается согласно приложения №4 с расшифровкой структуры.
Принципиальная электрическая схема выбранного автоматического выключателя приводится согласно приложения №4.
7. Построение карты селективности
В осях время-ток, в логарифмическом масштабе строятся: · пусковая характеристика ЭД (приложение №2);
· времятоковые характеристики автоматического выключателя SF1 и автоматического выключателя SF2;
· значения 1-фазного и 3-фазного токов короткого замыкания;
· значения ІНД, ІДЛ, ІПИК;
· значения ПКС (ICS) и ОПКС (ICU).
Карта селективности выбранных выключателей приведена на рис.5.
Вывод
В ходе выполнения данного курсового проекта мною были рассчитаны: номинальный ток электродвигателя ІНД=35,931 А; пусковой ток двигателя ІПД=251,517А; ударный пусковой ток двигателя ІУДП=386,972 А; длительный ток ІДЛ=361,271 А. Также было рассчитано сечение шины шинопровода Sш=258,05 мм2 и по таблице типоразмеров шин шинопровода мной было выбрано значение сечения шины шинопровода Sш=266,1 мм2. По рассчитанному значению допустимого тока в проводах ІДОП=46,71 А , по таблице выбирается значение сечения фазных проводов Sф=10 мм2. . Далее в ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны токи 3-фазного короткого замыкания в различных точках КЗ : ІК.З.1(3)= 2,24 КА; ІК.З.2(3)=2,37 КА; ІК.З.4(3)=2,71 КА. Токи 1-фазного короткого замыкания: ІК.З.1(1)=1,62КА; ІК.З.3(1)=2,03 КА. Рассчитываются ударные токи 3-фазного короткого замыкания : ІУД.КЗ.1=4,12 КА; ІУД.КЗ.2=5,03 КА; ІУД.КЗ.4=5,67 КА.
Проверяются условия нормального пуска двигателя , , т.е. условия нормального пуска двигателя соблюдены. Далее по выбранному по таблице значению номинального тока автомата ІНА=400 А и рассчитанного значения номинального тока расцепителя ІНР=400 А по таблице выбирается автоматический выключатель SF1 серии ВА 55-37. По значению номинального тока автомата ІНА=63 А, и значению номинального тока расцепителя ІНР=50 А, выбирается автоматический выключатель SF2 серии ВА 61F29.
Следующим действием в ходе выполнения курсовой работы является проверка автоматического выключателя SF1 : 1) на надежность срабатывания : 1620 ? 1200
2) на предельную коммутационную способность (ПКС) : 2,71 < 32,5
3) на одноразовую предельную коммутационная способность (ОПКС) : 5,67 < 38
4) проверка тока срабатывания полупроводникового расцепителя на чувствительности к наименьшему току КЗ в зоне защиты и отстройку от пусковых токов : I КЗТ1.(1) ? ІУКЗВ. > 1,2 ІПИК 1620 ? 1200 > 433,5
2) на номинальную рабочую наибольшую отключающую способность ICS: 2,37 < 6
3) на номинальную предельную наибольшую отключающую способность ICU : 5,03<9
4) проверка тока срабатывания электромагнитного расцепителя на чувствительность к наименьшему току КЗ в зоне защиты и отстройку от пусковых токов : 1620 ? 600 > 386,972
Строим карту селективности ,где отмечена пусковая характеристика ЭД, времятоковые характеристики автоматического выключателя SF1 и автоматического выключателя SF2, значения 1-фазного и 3-фазного токов короткого замыкания. По данной карте селективности можно ссудить о том, что работа автоматических выключателей SF1 и SF2 соответствует всем требованиям.
Список литературы
1. Чунихин А. А. Электрические аппараты (общий курс). Учебник для энергетических и электротехнических институтов и факультетов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.
2. .Беляев В. А. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4КВ. Ленинград 1988.
3. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей. Под ред. Большмана Я. М., Круповича В. И., Самовера М.Л. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.
4. Шеховцев В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. - М.; ФОРУМ: ИНФА - М, 2005.
5. Выбор автоматических выключателей : задание и методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» для студентов специальности 140606 «Электрический транспорт» очной и заочной форм обучения / составители : В.М. Руцкий, А.Г. Старикова, Л.В. Сыромятникова. - Самара : САМГУПС, 2008. - 23 с.