Простейшими устройствами для автоматической
защиты от повреждений при нарушении
нормального режима работы в установках
с рабочим напряжением до 1000 В. являются
автоматические воздушные выключатели
(автоматы). Эти аппараты могут защищать
установку от перегруза и от токов
короткого замыкания. В зависимости от
назначения в него могут быть встроены
различные расцепители:
-
электромагнитные (защита от токов КЗ);
-
тепловые (защита от перегруза);
-
комбинированные (защита от токов КЗ и
перегруза).
Основными элементами автомата являются
контактная система, система дугогашения,
привод, и расцепители.
Автоматы с тепловыми и комбинированными
расцепителями имеют обратно зависящую
характеристику, это означает, что время,
в течение которого они срабатывают,
зависят от тока перегруза или короткого
замыкания протекающего через автомат,
чем больше ток, тем быстрее автомат
отключает линию.
Автоматический выключатель предназначен
для редких оперативных включений, 3-5
переключения в час.
Автоматические выключатели делятся
на три вида:
— нормальные, время срабатывания
;
— селективные с регулируемой выдержкой
времени, время срабатывания;
-
быстродействующие, время срабатывания
;
Автоматические выключатели выбираются
прежде всего по номинальным значениям
напряжения и тока. Затем определяются
токи уставки теплового и электромагнитного
расцепителей.
При выборе автоматических выключателей
следует учитывать следующие условия:
где
—
номинальное напряжение автоматического
выключателя.
—
номинальное напряжение защищаемой
установки.
где—
номинальный ток автоматического
выключателя.
—
номинальный ток защищаемой установки.
Расчет уставки электромагнитного
расцепителя. Электромагнитный расцепитель
автомата защищает электроустановку от
коротких замыканий. Ток уставки
электромагнитного расцепителя
определяется из следующих соображений:
автомат не должен срабатывать от пусковых
токов двигателей электроустановки
Iпуск, а
ток срабатывания электромагнитного
расцепителяI
э.м.р. выбирается кратным
току срабатывания теплового расцепителя.
Расчет токов уставок производится по
следующим формулам:
где
— ток электромагнитного расцепителя.;
—
пусковой ток установки;
— коэффициент разброса;
— коэффициент надежности;
—
номинальный ток автоматического
выключателя;
— расчетный коэффициент электромагнитного
расцепителя;
Кд. – действительный коэффициент
(справочная величина).
2) Расчет токов уставки теплового
расцепителя.
где
— ток теплового расцепителя;
— коэффициент разброса;
— коэффициент надежности для не
перегруженных сетей;
—
номинальный ток автоматического
выключателя.
— расчетный коэффициент теплового
расцепителя;
Кд. – действительный коэффициент
(справочная величина).
При отсутствии справочных данных по
значениям коэффициентов для расчёта
уставок расцепителей можно использовать
следующие соотношения:
-
ток уставки теплового расцепителя
принимается равным на 15 – 20 % больше
рабочего тока:
Iт.р
= (1,15 – 1,2) I р
,
где Iр
– рабочий ток электроустановки,
А.
-
ток уставки электромагнитного расцепителя
определяется кратным току срабатывания
теплового расцепителя:
Iэ.м.р=KIт.р,
где K =4,5
– 10 – коэффициент кратности тока
срабатывания электромагнитного
расцепителя.
В табл. 8.10 пиведены характеристики
воздушных выключателей серии А 3000.
Примервыбора автоматического
выключателя для двигателя нажимного
устройства стана.
где
—
номинальное напряжение автоматического
выключателя;
—
номинальное напряжение защищаемой
установки.
где
—
номинальный ток автоматического
выключателя;
—
номинальный ток защищаемой установки.
Расчет уставки электромагнитного
расцепителя:
Выбираем действительную кратность Кд.
= 12, по условию
где,
— ток электромагнитного расцепителя;
— коэффициент разброса;
— коэффициент надежности;
—
номинальный ток автоматического
выключателя;
— расчетный коэффициент электромагнитного
расцепителя;
Кд. – действительный коэффициент
(справочная величина).
Таблица 8.10 – Автоматические воздушные
выключатели серии А3000
Тип |
Номинальный |
Напряжение, |
Число |
Ток |
Предельный |
Время |
Габаритные |
|
постоянный |
переменный |
|||||||
А3160 |
50 |
110, 220 |
1,2,3 |
15-50 |
1,6-3,6 |
2,5-4,5 |
0,025 |
158*105*89 |
A3110 |
100 |
220 |
2,3 |
15-100 |
5 |
2,5-10 |
0,015 |
237*105*112 |
А3120 |
200 |
220 |
2,3 |
15-100 |
20 |
18 |
0,015 |
258*153*105 |
А3130 |
200 |
220 |
2,3 |
100-200 |
17-28 |
14-25 |
0,015 |
300*199*106 |
А3140 |
600 |
220 |
2,3 |
100-200 |
17-28 |
14-25 |
0,015 |
561*217*141 |
А3710Б-А3740Б |
160-630 |
440,660 |
2,3 |
250-600 — |
25-50 110 |
32-40 40-60 |
0,03 — |
225*500*190 |
А3710Ф-А3730Ф |
160-630 |
220,380 |
2,3 |
— |
25-50 |
25-50 |
— |
225*400*160 |
* Примечание:
по усмотрению студента могут быть
выбраны и другие типы автоматических
выключателей из справочной литературы
или каталогов электротехнической
продукции .
Соседние файлы в папке БЖД
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Вводная часть
Любая электрическая цепь в квартире и доме, должна защищаться автоматом защиты от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания. Эту нехитрую истину можно наглядно продемонстрировать в любом электрическом щите квартиры, этажном щите, вводно-распределительном щите дома и т.п. электрическим шкафам и боксам.
Вопрос не в том, ставить автомат защиты или нет, вопрос, как рассчитать автомат защиты, чтобы он правильно выполнял свои задачи, срабатывал, когда нужно и не мешал стабильной работе электроприборов.
Примеры расчета автоматических выключателей
Теорию расчетов автоматических выключателей вы можете почитать в статье: Расчет автоматов защиты. Здесь несколько практических примеров расчета автоматических выключателей в электрической цепи дома и квартиры.
Пример 1. Расчет вводного автомата дома
Примеры расчета автоматических выключателей начнем с частного дома, а именно рассчитаем вводной автомат. Исходные данные:
- Напряжение сети Uн = 0,4 кВ;
- Расчетная мощность Рр = 80 кВт;
- Коэффициент мощности COSφ = 0,84;
1-й расчет:
Чтобы выбрать номинал автоматического выключателя считаем номинал тока нагрузки данной электросети:
Iр = Рр / (√3 × Uн × COSφ) Iр = 80 / (√3 × 0,4 × 0,84) = 137 А
2-й расчет
Чтобы избежать, ложное срабатывание автомата защиты, номинальный ток автомата защиты (ток срабатывания теплового расцепителя) следует выбрать на 10% больше планируемого тока нагрузки:
- I ток.расцепителя = Iр × 1,1
- I т.р = 137 × 1,1 = 150 А
Итог расчета: По сделанному расчету выбираем автомат защиты (по ПУЭ-85 п. 3.1.10) с током расцепителя ближайшим к расчетному значению:
- I ном.ав = 150 Ампер (150 А).
Такой выбор автомата защиты позволит стабильно работать электрической цепи дома в рабочем режиме и срабатывать, только в аварийных ситуациях.
Пример 2. Расчет автоматического выключателя групповой цепи кухни
Во втором примере посчитаем, какой автоматический выключатель нужно выбрать для кухонной электропроводки, которую правильно называть розеточная групповая цепь электропроводки кухни. Это может быть кухня квартиры или дома, разницы нет.
Аналогично первому примеру расчет состоит из двух расчетов: расчет тока нагрузки электрической цепи кухни и расчет тока теплового расцепителя.
Расчет тока нагрузки
Исходные данные:
- Напряжение сети Uн = 220 В;
- Расчетная мощность Рр = 6 кВт;
- Коэффициент мощности COSφ = 1;
1. Расчетную мощность считаем, как сумму мощностей всех бытовых приборов кухни, умноженной на коэффициент использования, он же коэффициент использования бытовой техники.
2. Коэффициент использования бытовой техники это поправочный коэффициент, уменьшающий расчетную (полную) потребляемую мощность электроцепи и учитывающий количество одновременно работающих электроприборов.
То есть, если на кухне установлено 10 розеток для 10 бытовых приборов (стационарных и переносных), нужно учесть, что все 10 приборов одновременно работать не будут.
Коэффициент использования
Рассчитать коэффициент использования для простой группы можно самостоятельно.
- Выпишите на листок планируемые бытовые приборы.
- Рядом с прибором поставьте его мощность по паспорту.
- Просуммируйте все мощности приборов по паспорту. Это Pрасчет.
- Подумайте, какие приборы могут работать одновременно: чайник+ тостер, микроволновка+блендер, чайник+микроволновка+тостер, и т.д.
- Посчитайте суммарные мощности этих групп. Рассчитайте среднюю суммарную мощность групп одновременно включаемых приборов. Это будет Pноминал (номинальная мощность).
- Разделите Pрасчет на Pноминал, получите коэффициент использования кухни.
На самом деле, в теории расчетов коэффициент использования внутри дома (без инженерных сетей) и квартиры принимается равным, единице, если количество розеток не больше 10. Это так, но на практике, именно коэффициент использования позволяет работать современным бытовым приборам кухни на старой электропроводке.
Примечание:
В теории расчетов 1 бытовая розетка планируется на 6 кв. метров квартиры (дома). При этом:
- коэффициент использования=0,7 –для розеток от 50 шт.;
- коэффициент использования=0,8 –розеток 20-49 шт.;
- коэффициент использования=0,9 –розеток от 9 до 19шт.;
- коэффициент использования=1,0 –розеток ≤10шт.
Вернемся к автоматическому выключателю кухни. Считаем номинал тока нагрузки кухни:
- Iр = Рр / 220В;
- Iр = 6000 / 220= 27,3 А.
Ток расцепителя:
- Iрасчет.= Iр×1,1=27,3×1,1=30А
По сделанному расчету выбираем номинал автомата защиты для кухни в 32 Ампер.
Вывод
Приведенный пример расчета кухни получился несколько завышенным, обычно для электропроводки кухни хватает 16 ампер если учесть, что плиту, стиральную машину, посудомоечную машину выводят в отдельные группы.
Эти примеры расчета автоматических выключателей для групповых цепей, лишь показывают общий принцип расчетов, причем не включают расчет инженерных цепей включающий работу насосов, станков и других двигателей частного дома.
Фотогалерея автоматов защиты
©Ehto.ru
Статьи по теме
Ток уставки электромагнитного расцепителя , при реализации максимально-токовой
защиты при помощи воздушных автоматических выключателей или токовых реле выбирается
из следующего условия:
,
где — пусковой ток
электродвигателя, А.
Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле или
расцепителя автоматического выключателя выбирают из условия
,
где — температура окружающей
среды, 0 С;
— номинальный ток двигателя,
А.
Токи уставок максимально-токовых реле можно также определять
из условия
4.2.1. Выбор автоматического выключателя
Выключатели серии ВА предназначены
для проведения тока в нормальном режиме, для защиты электрических цепей и
электродвигателей при токах короткого замыкания, перегрузках и недопустимых
снижений напряжения (нулевая защита), а также для нечастых (не более 30 в час с
интервалом не менее 2 мин) включений и отключений электрической цепи.
Определение тока
уставки электромагнитного расцепителя
(4.1)
где — пусковой ток
двигателя,
(1,5-1,8) — коэффициент, учитывающий условия пуска.
Меньший берём, если нормальные условия пуска, больший, если тяжёлые условия
пуска.
QF1:
QF2:
QF3:
QF4
Определение тока
уставки теплового расцепителя
(4.2)
где — номинальный ток
двигателя,
— коэффициент,
учитывающий температурные условия работы электродвигателя ( предполагается, что
установка будет работать при )
(4.3)
QF1:
QF2:
QF3:
QF4
Таблица 12 — Выключатели серии ВА
Автомат |
Тип |
Iн, А авт.выкл. |
Iн, А |
Uн, В |
,А |
,А |
QF1 |
ВА52Г-39-34-0010-Р-00УХЛ |
59.63 |
~380 |
620,152 |
53.24 |
|
QF2 |
ВА52Г-25-34-0010-Р-00УХЛ |
1.2 |
~380 |
7.2 |
1.07 |
|
QF3 |
ВА52Г-25-34-0010-Р-00УХЛ |
0.56 |
~380 |
2.1 |
0.5 |
|
QF4 |
ВА52Г-25-34-0010-Р-00УХЛ |
0.24 |
~380 |
1.2 |
0.38 |
4.2.2 Выбор
предохранителей
Предохранители
предназначены для максимально токовой защиты участков электрических сетей.
Ток плавкой вставки
предохранителя для потребителей схем управления определяется по формуле
,
где . – ток плавкой вставки
предохранителя, А;
–
суммарный ток максимального количества одновременно включенных потребителей в
схеме управления, А.
Исходя из схемы управления, одновременно включенными могут
быть элементы: KM1, КМ2, КМ3 (КМ5, КМ7), КМ4 (КМ6, КМ8),
KT1.
Следовательно, искомый ток определяется по формуле
,
где – токи элементов схемы управления,
соответствующих их индексам, А.
Найдем ток плавкой
вставки предохранителя
А,
А.
Таблица 13 –
Характеристики предохранителей
Тип |
Iном, А |
Uном, В |
Iвст, А |
Конструктивное исполнение |
|
FU1 |
НПН-15 |
15 |
500 |
15 |
Патрон |
FU2 |
4.4.
Расчет и обоснование выбора
аппаратуры контроля параметров
В группу аппаратуры контроля параметров входят реле
скорости, давления, уровня, тепловые датчики, трансформаторы тока и напряжения.
Понижающие трансформаторы напряжения выбираются по
номинальному первичному напряжению, номинальному
вторичному напряжению , номинальной мощности
вторичной обмотки .
Схема управления питается через трансформатор напряжения.
Напряжение питания схемы () =
110 В.
берем равным 380В.
Номинальное вторичное напряжение выбирается с запасом,
т.е. рассчитывается по формуле
,
где –
мощность, равная сумме мощностей максимального числа одновременно работающих элементов
схемы управления, Вт.
Так как основными потребителями схемы управления являются
магнитные пускатели и реле времени, поэтому основная мощность потребления схемы
управления приходится именно на них. Максимальное число включенных пускателей
определяется максимальным числом включенных электродвигателей, и равно 4.
Рассчитаем .
,
где – мощность потребляемая пускателем
КМ1, Вт;
– мощность потребляемая пускателем
КМ2, Вт;
– мощность потребляемая пускателем
КМ3 (КМ5, КМ7), Вт;
– мощность потребляемая пускателем
КМ4 (КМ6, КМ8), Вт;
– мощность потребляемая
реле времени КТ1, Вт.
Мощность, потребляемая пускателем ,
рассчитывается по формуле
,
где – напряжение питания
пускателя (схемы управления), В;
– ток катушки пускателя,
А.
Проведем необходимые расчеты.
Вт.
Вт.
Вт.
Вт.
Вт.
.
Откуда
По рассчитанным данным выбираем трансформатор напряжения (TV1)
ОСМ–0,16–УХЛ3.
Параметры трансформатора отразим в таблице 4.4.
Понижающие трансформаторы тока применяем с целью
подсоединения токовых реле защиты (реле максимального тока).
Понижающие измерительные трансформаторы тока выбираются по
номинальному первичному току, номинальному вторичному току, коэффициенту
трансформации, номинальному напряжению первичной цепи и классу точности при
номинальной нагрузке.
Номинальный первичный ток выбираем как ближайший больший тока
уставки токового реле (максимально токовой защиты).
Вторичная обмотка трансформатора тока выполняется обычно на
номинальный ток 5 А.
Номинальное напряжение первичной цепи равно 380 В.
Выбираем трансформатор тока типа ТТИ-60.
Параметры трансформатора отразим в таблице 4.5.
Так как при реализации максимально токовой защиты используем
3 одинаковых реле, то потребуется 3 одинаковых трансформатора.
4.5.
Выбор аппаратуры перемещения
Электромагниты
применяются для торможения электродвигателей, управления гидро- и
пневмоклапанами, золотниками, перемещения и переключения отдельных элементов
приводов и узлов машин и механизмов.
Электромагнит
выбираем по величине рабочей мощности, напряжения питания, режиму работы,
величине допустимого числа циклов, степени защиты и ряду других специфических
характеристик и параметров.
Мощность рабочая
70Вт.
Режим работы
ПВ 100%.
Выбираем однофазный электромагнит МТ9202.
Параметры электромагнита занесем в таблицу.
Таблица 4.3 параметры электромагнита МТ9202
Электромагнит |
Тип |
Мощность не более, Вт |
Напряжение, В |
Режим работы ПВ, % |
Ток, А |
||
пусковая |
рабочая |
пусковой |
рабочий |
||||
YA1 |
МТ9202 |
650 |
70 |
380 |
100 |
5.3 |
0.4 |
Пример расчета тока однофазного КЗ
В данной статье, я буду рассматривать пример расчета тока однофазного КЗ (ОКЗ) используя в первом варианте справочные таблицы представленные в [Л1], а во втором варианте справочные таблицы из [Л2].
С методами определения величины тока однофазного КЗ и с приведенными справочными таблицами для всех элементов короткозамкнутой цепи, можно ознакомиться в статье: «Расчет токов однофазного кз при питании от энергосистемы».
Исходные данные:
- масляный трансформатор напряжением 6/0,4 кВ, мощностью 1000 кВА со схемой соединения обмоток – Y/Yо.
- от трансформатора до ВРУ используется кабель марки ААШвУ 3х95 длиной 120 м.
- от ВРУ до двигателя используется кабель марки ААШвУ 3х95+1х35 длиной 150 м.
Рис.1 — Расчетная схема сети эл. двигателя
Вариант I
1. Расчет тока однофазного КЗ будет выполнятся по формуле приближенного метода при большой мощности питающей энергосистемы (Хс < 0,1Хт) [Л1, с 4 и Л2, с 39]:
где:
- Uф – фазное напряжение сети, В;
- Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
- Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.
2. По таблице 2 [Л1, с 6] определяем сопротивление трансформатора при вторичном напряжении 400/230 В, Zт/3 = 0,027 Ом.
3. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:
где:
- Zпт.уд.1 = 0,729 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 12 [Л1, с 16];
- l1 = 0,120 км – длина участка №1.
- Zпт.уд.2 = 0,661 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 13 [Л1, с 16];
- l2 = 0,150 км – длина участка №2.
4. Определяем ток однофазного КЗ:
Обращаю ваше вниманию, что при определении величины тока однофазного КЗ приближенным методом, сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас [Л2, с 40].
Вариант II
Определим ток однофазного КЗ по справочным таблицам из [Л2].
1. По таблице 2.4 [Л2, с 29] определяем сопротивление трансформатора Zт/3 = 33,6 мОм.
2. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:
где:
- Zпт.уд.1 = 0,83 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 2.11 [Л2, с 41];
- l1 = 120 м – длина участка №1.
- Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 2.10 [Л2, с 41].
Обращаю ваше внимание, что в данной таблице значение Zпт.уд. приводится для кабелей независимо от материала оболочки кабеля. Если же посмотреть [Л1, с 16], то в таблице 13 для 4-жильных кабелей с алюминиевой оболочкой 3х95+1х35, Zпт.уд. = 0,661 мОм/м. Принимаю Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м, для того чтобы было наглядно видно, на сколько будет отличатся значение тока однофазного КЗ от расчета по «Варианту I». На практике же, лучше совмещать справочные таблицы из [Л1 и Л2].
3. Определяем ток однофазного КЗ:
Как видно из результатов расчета (вариант I: Iк = 1028 А; вариант II: Iк = 627 А), полученные значения тока однофазного КЗ почти в 2 раза отличаются. По каким справочным таблицам выполнять расчет тока однофазного КЗ, уже решайте сами, в любом случае это приближенный метод, поэтому, если нужны точные значения тока однофазного КЗ, следует рассчитывать по формуле представленной в ГОСТ 28249-93.
Литература:
1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г. 2. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.
Расчет токов короткого замыкания и выбор автоматических выключателей и предохранителей
Элементы электроснабжения и электрического освещения Расчет токов короткого замыкания необходим для правильного выбора и отстройки защитной аппаратуры. Ток короткого замыкания возникает при соединении токоведущих частей фаз между собой или с заземленным корпусом электроприемника в схемах с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом. Его величина, А, может быть определена по формуле
где Uф
— фазное напряжение сети, В;
Zп
— сопротивление петли фаза-нуль, Ом,
R
— активное сопротивление одного провода цепи короткого замыкания, Ом;
X
— индуктивное сопротивление, рассчитываемое по удельному индуктивному сопротивлению равному 0,6 Ом/км;
Z
т — полное сопротивление фазной обмотки трансформатора на стороне низшего напряжения, Ом,
где UH,
IH
— номинальные напряжение и ток трансформатора;
UK%
— напряжение короткого замыкания трансформатора, % от номинального.
Величины UH,
lН
и
Uк%
для соответствующего трансформатора приводятся в главе 5.
Выбор электрического аппарата осуществляется по его функциональному назначению, по роду напряжения и тока, ->о величине мощности.
Следует иметь в виду современную тенденцию, заключающуюся в том, что при выборе между предохранителями и автоматическими выключателями, предпочтение отдается последним в силу их большей надежности, лучшей защиты от неполнофазных режимов, универсальности и т. д.
Выбор аппаратов по напряжению заключается в соответствии номинального напряжения, указанного в паспорте аппарата, и его рода (переменное, постоянное) номинальному напряжению питающей сети. При выборе аппарата по току следует учесть, что его номинальный ток должен быть не меньше рабочего тока установки.
Выбор автоматических выключателей
Автоматические выключатели
выбираются прежде всего по номинальным значениям напряжения и тока. Затем определяются токи уставки теплового и электромагнитного расцепителей.
Тепловой
росцепитель
автомата защищает электроустановку от длительной перегрузки по току. Ток уставки теплового расцепителя принимается равным на 15—20% больше рабочего тока:
где 1Р
— рабочий ток электроустановки, А.
Электромагнитный
расцепитель
автомата защищает электроустановку от коротких замыканий. Ток уставки электромагнитного расцепителя определяется из следующих соображений: автомат не должен срабатывать от пусковых токов двигателя электроустановки
Iпуск.дв.,
а ток срабатывания электромагнитного расцепителя
IЭМР
выбирается кратным току срабатывания теплового расцепителя:
где К
= 4,5—10 — коэффициент кратности тока срабатывания электромагнитного расцелителя.
Выбранный автоматический выключатель проверяется по чувствительности и по отключающей способности. Автоматы с номинальным током до 100 А должны срабатывать при условии
где IО.К.З.
— ток однофазного короткого замыкания.
Чувствительность автомата, имеющего только тепловой расцепитель, определяется соотношением:
Автоматы с номинальным током более 100 А должны срабатывать при
Отключающая способность автомата с электромагнитным расцепителем определяется величиной тока трехфазного короткого замыкания IТ.К.З.
Выбор предохранителей
Ток плавкой вставки предохранителя выбирается в соответствии с выражением
Ток плавкой вставки предохранителей, используемых для защиты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором,
где Iпуск—
пусковой ток двигателя, А;
β — коэффициент, зависящий от условий пуска, при средних условиях пуска (β = 2,5.
← Предыдущая | Следующая → … содержание …
Расчет автоматов
Расчет автоматов по нагрузке
На основании п. 3.1.4 ПУЭ номинал автомата выбирается наименьшим по расчетному току участка цепи или по току нагрузки электроприемников. Номинал автоматического выключателя по совместительству является уставкой теплового расцепителя. Расчет автоматов по мощности нагрузки сводится к простейшей формуле по оценке максимального тока нагрузки, если нам известна суммарная мощность электроприемников — IB=S/U (при однофазном подключении). После чего подбираем стандартный автомат с номинальным током не менее высчитанного по формуле.
Основополагающим является следующее условие:
IB≤In≤Iz,
где IB — максимальный рабочий ток нагрузки, In — номинальный ток выключателя, Iz — длительно допустимый ток проводника линии.
См. таблицу расчетов автомата в зависимости от типа подключения и мощности, упрощающую выбор.
Расчет автоматов по току КЗ
Для бытового применения можно ограничиться выбором соответствующего диапазона токов мгновенного расцепления по типу автомата. Для этого вполне подходят типы В (от 3In до 5In) и С (от 5In до 10In). Выбор типа выключателей в зависимости от типа подключенной нагрузки приведен на рисунке.
Конечно, для более точного расчета следует рассчитать величину тока КЗ в конце защищаемого участка цепи, располагая при этом соответствующими исходными данными о питающей подстанции и характеристиках питающей линии. Данные расчеты в большинстве случаев выполняются в специализированных программных комплексах при проектировании новых и реконструкции старых объектов электроснабжения.
Для простых случаев ток однофазного замыкания в искомой точке можно рассчитать по формуле:
Zц определяется по формуле:
Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем допускается обеспечивать защиту от токов однофазного КЗ посредством одного из расцепителей (любого).
Полученное значение тока Iк должно удовлетворять условиям:
Ik≥6In – для теплового расцепителя по п.7.3.139 ПУЭ; Ik ≥1,25 IM – для электромагнитного расцепителя, где IM- уставка ЭМ расцепителя, 1,25- коэффициент, обеспечивающий чувствительность и срабатывание.
Главное, чтобы защитный аппарат обеспечил отключение защищаемого участка цепи при повреждении в конце линии, так как ток КЗ в данной расчетной точке наименьший.
Особенности расчета токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ
Расчеты токов КЗ в электроустановках до 1 кВ обычно проводят в именованных единицах. При составлении схем замещения необходимо учитывать:
· индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи (включая проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей);
· активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
· активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;
· сопротивление электрической дуги в месте КЗ;
· значения параметров синхронных и асинхронных двигателей.
· Параметры элементов расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах (мОм).
При составлении схемы замещения допускается максимально упрощать и эквивалентировать внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ.
Если питание электроустановок осуществляется непосредственно от энергосистемы, то можно считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного напряжения через эквивалентное сопротивление системы. Значение этого сопротивления (Хс) в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения, определяется по формуле
Активные и индуктивные сопротивления понижающего трансформатора (Rт и Хт), приведенные к ступени низшего напряжения сети рассчитываются по формулам, мОм
где Sтном – номинальная мощность трансформатора, кВА; Ркном — номинальные потери КЗ в трансформаторе, кВт; Uннном – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; Uк – напряжение КЗ трансформатора, %.
Активное и реактивное сопротивления токоограничивающего реактора (Rр и Хр) рассчитываются по формулам
; ,
где — потери активной мощности в фазе реактора при номинальном токе, Вт; — номинальный ток реактора, А; — угловая частота напряжения сети, рад/с; L – индуктивность катушки трехфазного реактора, Гн; M – взаимная индуктивность, Гн.
Активное и реактивное сопротивления шинопроводов (Rш и Хш) определяются экспериментальным или расчетным путем.
При расчетах токов КЗ могут быть использованы параметры шинопроводов, указанные в нормативно-технической документации или расчетные данные.
Значения активного и индуктивного сопротивления кабелей принимают как указано изготовителем.
Активное и реактивное сопротивления контактов и контактных соединений (Rк и Хк) следует определять на основании данных экспериментов и расчетных методик. Для приближенного учета контактов принимают: Rккl=0,1 мОм (контактные соединения кабелей); Rкш=0,01 мОм (шинопровода); Rка=1 мОм (коммутационные аппараты).
Активное сопротивление электрической дуги следует учитывать при определении минимального значения тока КЗ и допускается рассчитывать по формуле
где — начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ, определяемое с учетом сопротивления дуги; lд — длина дуги, мм:
где и — соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивления цепи КЗ, мОм; а – расстояние между фазами, мм.
При питании от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение тока трехфазного КЗ без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле, кА
,
где — соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм; — cреднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В.
Значение сопротивлений
;
,
где , — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм; , — активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформатора тока, мОм; — эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения; , — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм;, — активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм; — суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм; активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабелей, мОм; — активное сопротивление дуги в месте КЗ, мОм, рассчитываемое в зависимости от условий КЗ.
Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, то начальный ток с учетом подпитки от электродвигателей или нагрузки следует определить как сумму токов от энергосистемы и от электродвигателей , или комплексной нагрузки :
=+ +
или
=+.
Начальный ток от синхронных электродвигателей рассчитывают по формуле, кА
где — сверхпереходная ЭДС синхронного электродвигателя, В; — соответственно сверхпереходное индуктивное и активное сопротивления двигателя, мОм; — индуктивное и активное сопротивления прямой последовательности кабелей между точкой КЗ и электродвигателем, мОм.
Начальный ток от асинхронных электродвигателей рассчитывают по формуле, кА
где — сверхпереходная ЭДС асинхронного электродвигателя, В; — соответственно сверхпереходное индуктивное и активное сопротивления двигателя, мОм; — индуктивное и активное сопротивления прямой последовательности кабелей между точкой КЗ и электродвигателем, мОм.
Проверка времени срабатывания автомата в сетях 0,4кВ
В большинстве случаев защита кабельной линии выполняется автоматическими выключателями (или как их обычно называют, автоматами). Автоматический выключатель защищает кабельную линию двумя способами: от перегрузки (тепловая отсечка) и от короткого замыкания (электромагнитная отсечка).
И если перед вами стоит проблема правильного выбора автоматического выключателя, то выбрать его по перегрузке достаточно просто. Вы знаете (или можете посчитать) ток нагрузки. Номинал автоматического выключателя должен быть больше тока нагрузки. С этим всё просто.
С номиналом автомата разобрались, осталось выбрать его характеристику срабатывания. Всего бывает пять характеристик срабатывания автомата: B, C, D, K, Z. Автоматы с кривыми срабатывания K и Z очень редко используются, в основном применяются автоматы с характеристиками срабатывания B, C, D. Наиболее распространены автоматы с характеристикой C. Кривые срабатывания имеют схожую форму и отличаются только величиной электромагнитной отсечки или кратностью срабатывания. Кратность срабатывания — отношение величины аварийного тока, при котором происходит отключение автомата, к номинальному току автомата. Iк/Iном. Для автоматов с характеристикой B эта величина колеблется в пределах 3…5. Для автоматов с характеристикой C — 5…10. Для автоматов с характеристикой D — 10…20.
Рассмотрим автомат с характеристикой C. Производитель гарантирует, что автомат сработает, если ток короткого замыкания превысит номинальный ток автомата в 10 раз. Но может сработать и при превышении в 5 раз. Это зависит от внешних условий: температуры окружающей среды; был ли автомат под нагрузкой, когда произошло КЗ, или был отключен и его включили на КЗ из «холодного» состояния.
Что будет, если величина тока короткого замыкания меньше отсечки? Автомат всё равно может отключиться, т.к. уже сработает тепловая отсечка. Но это произойдёт не мгновенно, а спустя некоторое время. Допустимое время срабатывания автомата строго регламентировано Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ) и зависит от величины фазного напряжения. Согласно требованиям п.1.7.79 наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения при фазном напряжении 220/230 В для системы заземления TN не должно быть более 0,4 с.
Итак, необходимо проверить время срабатывания автоматического выключателя. Еще данный расчет называют «расчет петли фаза-нуль». Для примера выполним проверку автомата с номинальным током 16 А с характеристикой C. Автомат установлен в групповом щите. Щит питается от ГРЩ, а ГРЩ от трансформаторной подстанции.
Параметры трансформатора: Номинальная мощность трансформатора Sн = 630 кВА, Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк% = 5,5%, Потери короткого замыкания трансформатора Pк = 7,6 кВт.
Параметры питающей линии: Гр.27 от ЩО 1.2 – 60 м кабель 1х[ВВГнг LS 3×2,5], ЩО 1.2 от ГРЩ3 – 80 м кабель 1х[АВВГнг LS 5×50], ГРЩ3 от ТП 1126 – 217 м кабель АВВГнг 2x (4×185).
Параметры выключателя: Номинальный ток автоматического выключателя Iном = 16 А Кратность отсечки K = 10.
Реактивное сопротивление трансформатора: Xт = 13,628 мОм
Активное сопротивление трансформатора: Rт = 3,064 мОм
Активное сопротивление кабеля: Rк = 580,38 мОм
Реактивное сопротивление кабеля: Xк = 17,36 мОм
Сопротивление энергосистемы: Xc = 1,00 мОм
Суммарное реактивное сопротивление участка: XΣ=Xc+Xт+Xк=31,984 мОм
Суммарное активное сопротивление участка: RΣ=Rт+Rк=583,444 мОм
Полное суммарное сопротивление: RΣ=583,444 мОм
Ток однофазного короткого замыкания: IK1=190 А > IминК1 = 10×16 = 160 А Следовательно, автоматический выключатель отключится мгновенно (сработает электромагнитная отсечка, время отключения.
Чтобы расчета в Word, нажмите на кнопку:
Чтобы не считать каждый раз вручную на калькуляторе и переносить цифры в Microsoft Word, я реализовал эти расчет прямо в Word. Теперь надо только ответить на вопросы, которые он задаёт. Вот так это выглядит:
Весь расчет занял две с половиной минуты.
Подпишитесь и получайте уведомления о новых статьях на e-mail