Защита электрических сетей в установках до 1000В

Лекция №3 1. Защита электрических сетей в установках до 1000В Аппараты управления служат для управления электроприемниками, их реверсирования и торможения. Аппараты ручного управления служат для подачи напряжения на электроустановку к ним относятся рубильники и переключатели. Рубильники состоят из подвижных и неподвижных контактов, рукоятки. Бывают одно, двух, трех полюсов. Типы: РБ-250 –рубильник с боковой рукояткой на ток 250А; РПЦ - рубильник с приводом от центральным рычажным; Выпускают на ток до1000А Выбор: - по типу - по числу полюсов - по напряжению Uн ≥Uн.уст - по току I н ≥ I н.уст Переключатели отличаются от рубильника тем ,что имеют два и более комплекта подвижных и неподвижных контактов , а служит для подачи напряжения из одной части схемы в другую. Типы: МК – малогабаритный кулачковый ПВП – переключатель – выключатель пакетный ПП – переключатель пакетный. Выбор:- по типу - по числу полюсов - по напряжению Uн ≥Uн.уст - по току I н ≥ I н.уст - по числу положений рукоятки - по числу пакетов ( коммутируемых цепей) Контакторы–применяются для дистанционного управления электроприемниками .Состоит из главных контактов, блок контактов, катушки с сердечником и якоря насаженного на один вал с подвижными контактами. Типы: КТ-6000 контактор переменного тока Серия Величина тока Число полюсов КП – контактор постоянного тока. Выбор: - по типу - по числу полюсов - по напряжению Uн ≥Uн.уст - по току I н ≥ I н.уст - по напряжению катушки Магнитные пускатели – предназначены для дистанционного управления асинхронными двигателями мощностью до 75 кВт. Он состоит из трехполюсного контактора и встроенных тепловых реле. Выбор: - по типу - по току I н ≥ I н.уст - по наличию реверса и реле - по напряжению Uн ≥Uн.уст - по напряжению катушки - по числу и виду вспомогательных контактов - по наличию кнопок и ламп Аппараты защиты служат для защиты электроприемников от перегрузок и токов короткого замыкания . Тепловые реле предназначены для защиты двигателей от перегрузок, которые могут возникнуть: из-за увеличения мощности на валу, из-за неисправности подшипника, из-за обрыва одной фазы. Тепловое реле состоит: биметаллической пластины и расположенного рядом нагревательного элемента, контакта. Нагревательный элемент включен в цепь двигателя и при увеличении тока в цепи он нагревается и нагревает расположенную рядом биметаллическую пластину. Биметаллическая пластина состоит из двух сваренных по всей длине пластин с разными коэффициентами линейного расширения, при нагревании она прогибается и размыкает контакты, которые включаются в цепь катушки пускателя. Катушка теряет питание и пускатель отключается. Тепловое реле инерционный аппарат имеет большое время срабатывания. Выбор :- по типу - по току I н ≥ I н.уст - по току срабатывания Icp ≥1,1∙ I н.дв Типы: РТЛ ,РТТ,ТРТП РТЛХХХХ Реле тепловое серии Л Номинальный ток (величина) Диапазон тока несрабатывания Плавкие предохранители предназначены для защиты цепей от токов короткого замыкания. Состоит из патрона, контактных частей и плавкой вставки. Плавкую вставку выполняют из меди, цинка, посеребренной медной проволоки при к.з она должна перегореть и разорвать цепь. Для того чтобы она быстрее перегорала ей придают специальную форму или наплавляют оловянные шарики. В месте перегорания плавкой вставки образуется дуга через которую проходит ток к.з. Дугу гасят заполняя патрон песком и ли выполняют его из фибры, которая при нагревании выделяет газ не поддерживающий горение. Типы: ПП - предохранитель плавкий, ПР – предохранитель разборный, НПН – предохранитель неразборный плавкий, ПН2 – предохранитель наполненный Выбор: - по типу - по напряжению Uнп ≥Uн.уст - по току I н п≥ I н.вст - по току вставки I н.вст. ≥I вст.рас Для асинхронного двигателя , где Iпус –пусковой ток Iпус= λ Iном , ( λ - коэффициент пускового тока) α – коэффициент тяжести пуска α = 2,5 при пуске на холостом ходу (станок). α = 2 при легком пуске (вентилятор) α =1,6 при тяжелом пуске ( кран) Для группы двигателей КО = nраб / nобщ – коэффициент одновременности пуска. Для сварочного трансформатора I вст ≥ I н.св.тр √ПВ Для осветительного щитка с ЛН I вст ≥ I о.у , с ЛЛ I вст ≥ 1,2 I о.у Для ДПТ и АД с Ф.Р Iвст ≥ 2 ÷ 3 Iн.дв Плавкий предохранитель должен защищать не только электроустановку, но и кабельную сеть к ней. Условия проверки кабеля на защищенность предохранителем. Iн.вс / Iдоп ≤ 3 Iн.вст ≤ I доп Kзащ Селективность (избирательность) защиты плавкими предохранителями магистральной линии достигается последовательным возрастанием номинального тока плавкой вставки по мере приближения к пункту питания ( на две величины от предыдущей ступени). Автоматический выключатель – предназначен для нечастых включений и отключений электрических цепей и для защиты их от токов к.з и перегрузок. Преимущество автоматов перед предохранителями: - при замыкании на землю одной фазы, отключаются все три фазы; - автомат более надежный аппарат; - после срабатывания нужно меньше времени, чтобы включить автомат, уменьшаются простои оборудования. Недостатки: большая стоимость и большие габариты. Автомат состоит из главных контактов и реле защиты (максимального и теплового расцепителя).Отключение автомата происходит под действием отключающей пружины, которая во включенном положении удерживается защелкой. При к.з срабатывает максимальный расцепитель ( по принципу электромагнита),а тепловой расцепитель (биметаллическая пластина) не успевает сработать, он срабатывает при перегрузке. Время срабатывания теплового расцепителя обратно пропорционально току перегрузки. Время срабатывания максимального расцепителя порядка 0,01 секунды. Автоматы бывают одно, двух и трех полюсные, если они имеют оба типа расцепителя, то называются комбинированные.Максимальный расцепитель может срабатывать с выдержкой времени ,тогда он называется селективный. Типы автоматов: АП- 50 до 50А АК- 63 на 63-100А А37ХХБ(С ) от 40 до 630А АЕ20ХХ от 16 до 100А ЭХХ – электрон от 630 до 8000А ВА – от 25 до 250А Выбор:- по типу - по числу полюсов - по напряжению Uн ≥Uн.уст - по току главных контактов I н.а ≥ I н.уст - по типу расцепителя - по номинальному току расцепителя I н.рас. ≥ I н.уст - по току срабатывания расцепителя (ток уставки) Тепловой расцепитель I т..рас. ≥ 1,25I н.уст Максимальный расцепитель I мак..рас. ≥ 1,25 I пуск.уст Пример: Для электродвигателя с номинальным током 40А и кратностью пуска 7 выбрать автоматический выключатель. Определяем пусковой ток двигателя I п = I н х I п/ Iн = 40х7=280А Определяем ток максимального расцепителя I смр= 1,25Iп = 1,25х280=350А Выбираем автомат А3716 Номинальный ток автомата 40А Ток срабатывания максимального расцепителя Iсмр 1= IнахК= 40х10=400А Iсмр 1 ≥ I смр 400≥350 Ток теплового расцепителя Iтр ≥ Iн 40≥40 2. Выбор и расчет электрических сетей на потерю напряжения Согласно требованиям ГОСТ , падение напряжения у самого удаленного от источника потребителя должно быть не более 5%.Колебание напряжения в силовой сети -5 +10% Uн , а в осветительной сети -2,5% Uн. Эти требования обусловлены тем, что в осветительных сетях при уменьшении напряжения уменьшается световой поток, а в силовой сети уменьшение напряжения приводит к уменьшению момента на валу двигателя ,т.к М =с Uн 2. При прохождении тока по проводнику в нем возникает падение напряжения, поэтому напряжение в конце линии всегда меньше чем в начале Рис. 11. Изменение уровня напряжения вдоль длины линии. На шинах РУ напряжение поддерживается выше номинального на 10%. Падение напряжения это геометрическая разность векторов напряжений в начале и в конце линии ∆U=U 1 - U 2 или в процентах ∆U%=[(U 1 - U 2) / Uн]∙100 % Отклонение напряжения это алгебраическая разность между фактическим напряжением сети и номинальным напряжением электроприемника, отнесенная к номинальному напряжению ±V%=[(U фак - U н) / Uн]∙100 % Если напряжение вначале линии равно номинальному , тогда потеря и отклонение напряжения будут равны. Определим потери напряжения в линии, построим векторную диаграмму ОС = U ф1 – напряжение в начале линии ОА = Uф2 – напряжение в конце линии АВ – падение напряжения в активном сопротивлении ВС – падение напряжения в индуктивном сопротивлении АС – падение напряжения в линии Рис. 12. Векторная диаграмма напряжений ∆U ф =U ф1 – U ф2 Продольная составляющая падения напряжения ∆U ф = АD =АF +FD Где АF =I R соs φ ; FD = I Х sin φ; ∆U ф = I R cosφ +I X sinφ Для трехфазной линии переменного тока ∆U =√3 ∆U ф ,тогда ∆U % = , где R = r o ℓ ; X = x o ℓ r o , x o сопротивление одного километра линии Ом/км ; r o = xo - принимают для расчетов ; ЛЭП 6 – 220кВ x o =0,4Ом/км для ЛЭП до 1кВ x o = 0,3Ом/км для трехжильных кабелей до 35 кВ x o = 0,12Ом /км 3- 10кВ x o = 0,07- 0,08 Ом/км До 1кВ x o = 0,06 Ом/км Зная,что I= P /Uн cosφ = Q/ Uн sinφ после преобразований получаем ∆U % = Поперечная составляющая или отклонение напряжения δUФ =СD = CG – DG = CG – DF= I x cosφ – I r sinφ После преобразований δUФ = - Пример: Выполнить проверку цеховой сети на потерю напряжения производим для самого удалённого от РУ РП и самого удалённого от этого РП потребителя по схеме на рисунке 13 . Рис. 13 .Схема сети по проверке падения напряжения 1) определяем сопротивления одного километра кабеля: Активное сопротивление: , где - удельная проводимость материала жил, алюминий 32 ; S – сечение одной жилы кабеля, мм2; Для кабеля от РУ к РП: Для кабеля от РП к двигателю: Индуктивное сопротивление: X0=0,06 , так как кабель трёхжильный и до 1 кВ. 2) определяем потери напряжения сети от РУ до РП: , где L – длина кабеля, км; 3) находим реактивную мощность двигателя: Qн=tgφxРн Qн=tgφxРн=0,91х5,5=5 кВар 4) определяем потери напряжения сети от РП к потребителю: 5) определяем общие потери: ∆U=∆U1+∆U2 ∆U=∆U1+∆U2=0,7+1,67=2,37% 6) проверка: ∆U5% 2,37%<5% Вывод: сеть проверку на потерю напряжения прошла. Потеря напряжения в осветительной сети Допустимая потеря напряжения в осветительной сети -2,5%Uн.Если освещение и силовая нагрузка питаются от одного трансформатора, то колебания напряжения возникающие при пуске двигателя приводят к миганию ламп. Поэтому сеть освещения выбранная по условию нагрева проверяется на допустимую потерю напряжения. В расчеты вводится величина – момент нагрузки М и – коэффициент с ∑ М=Р∙L; с= U2/ γ∙105 определяется по таб.2.28 стр.91 При активной и равномерной нагрузке т.е ЛН ∆U% =∑М/сS или S =∑М/с ∆U% Полная потеря напряжения в осветительной сети от источника до последней лампы ∆ U= (Uо- U л )/U ном U о – вторичное напряжение х.х трансформатора Uл - напряжение у последней лампы -97,5%. Полная потеря напряжения распределяется между потерей напряжения в трансформаторе ∆U т и потерей напряжения в сети ∆U с ∆U= ∆Uт +∆Uс ∆U т = α β (u а соsφ +u р sin φ), Где α = U о /U н β =S/Sн u а,u р активная и реактивная составляющая напряжения к.з ( u к ) u а = ∆Р м /(10 Sн) ; ∆Р м - потери в меди трансформатора , Вт u р = √u к 2 – u а2