Та вибору апаратів захисту і керування

При виборі трифазних двигунів необхідно звернути увагу на значення номінальної фазної напруги двигуна та на схему з’єднання його обмоток. Серійно промисловість випускає трифазні двигуни, обмотки яких розраховані на підключення до напруги 220 і 380 В.

Тобто в мережу з лінійною напругою В може бути підключений лише двигун з номінальною фазною напругою В, причому його обмотки повинні бути з’єднанні “зіркою”. В мережу з лінійною напругою В може бути підключений як двигун з номінальною фазною напругою як В так і з В. У першому випадку обмотки повинні бути з’єднанні “зіркою”, а в другому – “трикутником”.

Цехові розподільні мережі напругою 0,4 кВ виконують проводами (кабелями), прокладеними по стінах або по стелях приміщення, а також можна використовувати шинопроводи, які прокладені в каналах підлоги. Мережі включають у себе апарати керування і захисту електроприймачів.

Як апарат керування електродвигуном використовують магнітний пускач. Вибір контактора магнітного пускача здійснюють за відповідністю його контактної системи (номінального струму контактора ) розрахунковому струму лінії:

,

де ,

тут – номінальна напруга втягувальної котушки магнітного пускача, В; – коефіцієнт завантаження двигуна (при недовантаженому двигуні приймають b=1); Р_н – номінальна потужність приймача, Вт; U_н – номінальна лінійна напруга мережі живлення, В; h і – ККД і коефіцієнт потужності двигуна при його завантаженні b.

Захист двигуна від перевантажень забезпечується тепловими реле (РТ), як правило вмонтованими в магнітний пускач. Тепловий елемент РТ вибирають за середнім значенням струму з урахуванням границі струму не спрацювання.

Цехові мережі повинні також мати захист від струмів короткого замикання з найменшим часом відключення. Для цього застосовують плавкі вставки запобіжників або роз’єднувачі автоматичних вимикачів. Їх вибирають за розрахунковим струмом з урахуванням максимально можливого струму (для живлення двигуна – пускового струму ) з таким розрахунком, щоб вони не вимикали установку за короткочасних перевантажень.

Розрахунок плавкої вставки вибраного попередньо типу запобіжника проводять за умов , де a – коефіцієнт теплової інерційності запобіжника (для нормального пуску електродвигуна с приймають a=2,5, для затяжному пуску с – a=1,6…2,0). Найбільше з отриманих значень або є основою для вибору стандартної плавкої вставки запобіжника із зазначенням номінального струму патрона .

Автоматичні повітряні вимикачі (автомати) вибирають за номінальним струмом автомата та номінальним струмом роз’єднувача з урахуванням границі регулювання уставок у зоні короткого замикання (струм спрацювання захисту ) за умов:

.

Провідники і кабелі, які застосовуються в установці, повинні задовольняти наступним основним вимогам:

1) мати ізоляцію, що відповідає рівню напруги та умовам прокладки лінії;

2) протягом циклу електроагрегату пропускати розрахунковий струм лінії, не перегріваючись вище допустимих температур;

3) мати необхідну механічну міцність;

4) втрата напруги в лінії не повинна перевищувати нормативного значення.

Перша умова виконується вибором провідника з урахуванням прийнятого способу прокладання і робочої напруги мережі. У виборі матеріалу провідника з економічних міркувань часто віддають перевагу доступнішим і недорогим алюмінієвими провідникам.

При виборі перерізу проводів і жил кабелів враховують їх нагрів не тільки в нормальних, але й в аварійних режимах роботи. Для проводів і кабелів з гумовою і пластмасовою ізоляцією допустимою є температура нагріву +65°С, для кабелів з паперовою ізоляцією, просякнутою в’язкими масами, залежно від напруги +50…80 °С.

Значення допустимих тривалих навантажень на проводи (кабелі) визначають залежно від матеріалу провідника, виду його ізоляції і способу прокладки лінії за таблицями, складеними для умов: температура навколишнього середовища +25 °С, температура ґрунту в місці прокладання підземних ліній +15 °С.

Вибір необхідного перерізу проводу або кабелю за допустимим нагрівом зводиться до визначення розрахункового струму та вибору по ньому у відповідній довідниковій таблиці допустимих навантажень стандартного перерізу проводу (кабелю) за умови .

Якщо температура навколишнього середовища в місці прокладання суттєво відрізняється від прийнятої при складанні таблиць, допустимий струм множать на коефіцієнт поправки

,

де – максимально допустима температура провідника, °С; – фактична температура середовища в місці прокладання лінії, °С; – розрахункова температура, прийнята при складанні таблиць, °С.

Щодо стійкості до струмів коротких замикань вибраний провідник (кабель) перевіряють на відповідність використаним захисним апаратам – запобіжника або автомата з умови:

,

де – коефіцієнт запасу (для запобіжника для автомата ); – струм захисного апарата (для запобіжника , для автомата ).

У разі невиконання зазначеної умови переріз провідника (кабелю), що вибирається до установки, повинен відповідно бути збільшений. При виборі перерізу проводів та кабелів тільки за умовами допустимого нагріву без врахування економічних факторів втрати електричної енергії або перевитрати провідникового матеріалу в лініях можуть бути надмірно великими. Тому вибраний переріз лінії перевіряють за економічною густиною струму. Економічно вигідний переріз:

,

де – розрахунковий струм лінії, А; – економічно вигідна густина струму, яка визначається з розрахунку окупності лінії (за довідником), А/мм².

Вибраний переріз перевіряють на втрату напруги. Для трифазної лінії з одним навантаженням в її кінці перевіряють без урахування реактивного опору лінії за спрощеною формулою

,

де r – питомий опір проводу (для алюмінію r=0,032 Ом∙мм²/м); – розрахункова активна потужність приймача, кВт; L – довжина лінії ,м; – номінальна лінійна напруга мережі живлення, В; S – переріз вибраного проводу, мм².

Згідно з правилами будови електроустановок (ПБЕ) втрата напруги в лінії DU% не повинна перевищувати 5 % від U_н. Якщо ж DU > 0,05U_н, до встановлення необхідно використати провідник більшого перерізу.

Перевірку вибраного проводу (кабелю) на механічну міцність здійснюють зіставленням його перерізу з мінімально допустимим за умовами прокладки.

Приклад. Визначити схему з’єднання обмоток статора двигуна, вибраного в завданні, вибрати комутуючий та захисний апарати, кабель для його під’єднання до мережі з лінійною напругою U_н=380 В. При цьому прийняти b=1. Довжина лінії живлення прокладеної в підлозі, L=50 м. Для захисту від короткого замикання застосувати автоматичний вимикач.

Випишемо електротехнічні характеристики двигуна 4А100L4УЗ:

R_н=4 кВт; I_н=8,6 A при U_л=380 В; h_н=84 %; cosj_н=0,84; І_п/І_н=6.

До мережі з лінійною напругою U_л=380 В можуть бути під’єднані двигуни з номінальними фазними напругами 220 та 380 В. Враховуючи, що двигуни з U_ном.ф = 380 В дорожчі, приймаємо до встановлення електродвигун з U_ном.ф = 220 В, обмотки якого з’єднані “зіркою”.

Розрахунковий струм, А:

,

що повністю відповідає каталожним даним.

За каталогом електрообладнання до установки може бути прийнятий нереверсивний магнітний пускач ПМЛ-110004 з напругою втягувальної котушки U_мп=380 В, номінальний струм пускача – 10 А (10>8,6 А). До установки в магнітний пускач може бути прийнято теплове реле РТЛ-101404 (межа регулювання струму неспрацювання цього реле 7,5…10 А). Середнє значення струму теплового елемента I_сер.те=8,5 А.

Відповідно до завдання, для захисту від струмів короткого замикання до установки прийнятий автоматичний повітряний вимикач. З каталога електрообладнання вибираємо вимикач типу А3710Б з номінальним струмом І_н.а=160 А. Калібровані значення номінального струму напівпровідникового роз’єднувача І_н.роб=20, 25, 32, 40 А. Вибираємо межу регулювання уставок роз’єднувача в зоні короткого замикання:

А.

Відповідно до розрахунку приймаємо, що струм відсічки автомата А.

Для під’єднання двигуна до мережі застосуємо кабель з алюмінієвими жилами марки АВРГ. За значенням допустимого струму для кабелів, прокладених у землі, приймаємо переріз струмоведучої жили S=2,5 мм², . Вибраний переріз перевіряємо на відповідність апарата захисту ,

19 А > 0,22∙64 А=14,8 А.

Згідно з існуючими нормами переріз лінії, що живить індивідуальний приймач напругою 1000 В, не перевіряють за економічною густиною струму.

Вибраний переріз перевіряють на відносну втрату напруги:

.

Переріз струмоведучої жили відповідає умовам механічної міцності:

.

Завдання №4

Розрахунок параметрів