Учебное пособие: Проектирование внутрицехового электроснабжения

Однофазные двух- и трехпроводные линии, а также трехфазные четырех- и пятипроводные линии при питании однофазных нагрузок должны иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазных проводников.

Трехфазные четырех- и пятипроводные линии при питании трехфазных симметричных нагрузок должны иметь сечение N-проводников, равное сечению фазных проводников, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм2 по меди и 25 мм2 по алюминию, а при больших сечениях – не менее 50 % сечения фазных проводников.

Сечение нулевых защитных проводников (PE) проводников при их наличии должно равняться сечению фазных проводников при сечении последних до 16 мм2, иметь сечение 16 мм2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2 и не менее 50 % сечения фазных проводников при больших сечениях.

Окончательно выбранное сечение в табл. 19 указывать в полном виде с указанием марки проводника и сечений фазных и нулевых проводников (например, АВВГ 3´50 + 2´25).

3.10 Выбор защитной аппаратуры

Предохранители предназначены для защиты от токов короткого замыкания. Предохранители имеют простую конструкцию, небольшие размеры и сравнительно малую стоимость. Однако предохранителям присущи и серьезные недостатки, ограничивающие область их применения, к числу которых относятся: большой разброс срабатывания плавкой вставки – до 50 % по току, необходимость замены плавкой вставки или всего предохранителя после однократного срабатывания, возможность работы двигателя на двух фазах при перегорании предохранителя на одной фазе и др.

Предохранители выбирают по следующим параметрам:

-  по номинальному напряжению: номинальное напряжение предохранителей  должно быть, как правило, равно номинальному напряжению сети, где они устанавливаются:

; (80)

-  по номинальному току предохранителя :

; (81)

по номинальному току плавкой вставки предохранителя , который должен быть отстроен от пусковых токов:

, (82)

где  – пусковой ток ЭП, А; a – коэффициент, зависящий от пускового режима защищаемых электродвигателей и типа плавкого предохранителя.

При выборе плавких вставок безинерционных предохранителей (ПН, НПН, ППН) для защиты электродвигателей с легким режимом пуска (электропривод вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и пр. с длительностью пуска 2 ÷ 5 с) ; для электродвигателей с тяжелым режимом пуска (электропривод кранов, дробилок, центрифуг и т. п. с частыми пусками и большой длительностью пускового периода) . Для малоинерционных предохранителей (ПР2) при легком режиме пуска  и при тяжелом режиме . При частых пусках двигателей с легким режимом пуска (15 и более в час) плавкие вставки нужно выбирать, как для тяжелого режима.

При защите магистрали, питающей несколько ЭП с разными режимами пуска:

, (83)

где  – пиковый ток магистрали, рассчитанный по формуле (77).

При защите питающей линии номинальный ток плавкой вставки выбирается по условию (83), а пиковый ток определяется по формуле (78).

Последовательно включенные предохранители должны быть проверены по селективности. По защитным характеристикам плавких предохранителей определяют время отключения при протекании максимального тока КЗ (). Селективность срабатывания предохранителей обеспечивается, если время отключения более удаленного от места повреждения предохранителя не менее чем в три раза больше времени отключения предохранителя, ближайшего к месту КЗ.

Технические характеристики некоторых типов предохранителей представлены в прил. 33.

Автоматические выключатели, в основном, предназначены для защиты электроустановок напряжением до 1000 В от коротких замыканий и перегрузок.

Автоматические выключатели выбирают по следующим условиям:

где  – номинальное напряжение автоматического выключателя (АВ);  – номинальный ток АВ;  – номинальный ток теплового расцепителя;  – номинальный ток (ток уставки) электромагнитного расцепителя;  – напряжение сети;  – максимальный рабочий ток линии;  – пиковый ток линии.

Номинальные токи расцепителей соседних автоматических выключателей последовательно включенных в сеть должны различаться не менее чем на одну ступень. Номинальные токи расцепителей автоматического выключателя, ближайшего к источнику питания (вводного в ТП), должны быть не менее чем в 1,5 раза больше, чем у наиболее удаленного. Выполнение этих условий обеспечивает селективность срабатывания тепловых расцепителей. При коротких замыканиях селективность защиты обеспечиваться не будет, так как электромагнитные расцепители при токах, равных или больших их токов уставки, срабатывают практически мгновенно. Для гарантированного обеспечения селективности следует выбирать АВ с регулируемой характеристикой срабатывания, у которых возможно задавать (выставлять) время срабатывания.

Классификация автоматических выключателей серий ВА приведена в прил. 34, а их технические характеристики – в прил. 35.

Результаты выбора защитных аппаратов свести в табл. 20.

Таблица 20 Выбор защитных аппаратов цеховых электрических сетей (силовых и осветительных)

3.11 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ необходим для проверки защитных аппаратов по отключающей способности, проверки защит по чувствительности действия и шинопроводов (ШМА, ШРА) по термической и электродинамической стойкости.

С этой целью рассчитываются токи трехфазного короткого замыкания () на выходе защитных аппаратов, токи однофазного КЗ () в конце защищаемой зоны аппарата защиты, ток трехфазного КЗ и ударный () в начале шинопровода.

При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать:

1)  индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;

2)  активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;

3)  активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

4)  значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.

При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать:

1)  сопротивление электрической дуги в месте КЗ;

2)  изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;

3)  влияние комплексной нагрузки (электродвигатели, преобразователи, термические установки, лампы накаливания) на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки.

Токи КЗ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.

Следует использовать шкалу средних номинальных напряжений: 37; 24; 20; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23 кВ.

Сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах.

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле:

, (85)

где  – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В;

,  – соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи до точки КЗ, мОм.

Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы в килоамперах рассчитывают по формуле

, (86)

где  и  – суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивление нулевой последовательности относительно точки КЗ, мОм.

Для определения суммарных сопротивлений до точки КЗ необходимо составить расчетную схему, на которой приводятся технические характеристики цехового трансформатора (тип, схема соединения обмоток, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, напряжение КЗ трансформатора и мощность потерь при КЗ), марка кабелей, сечения и длины линий, типы и номинальные токи коммутационно-защитных аппаратов, точки КЗ.

Пример расчетной схемы приведен на рис. 13.

Далее составляются схемы замещения прямой и нулевой последовательностей, представленные на рис. 14 и рис. 15.

Эквивалентное индуктивное сопротивление системы, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывается по формуле

, (87)

где  – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

 – среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;

 – действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА;

 – условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВА.

Рис. 13. Расчетная схема

Рис. 14. Схема замещения прямой последовательности: xс – эквивалентное сопротивление системы; Rт, xт – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цехового трансформатора; RTA, xTA – активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока; Rкв, xкв – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей; Rш, xш – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности шинопроводов; Rл, xл – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельных линий; Rк – активное сопротивление различных контактов.

Рис. 15. Схема замещения нулевой последовательности: R0т, x0т – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цехового трансформатора; R0ш, x0ш – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности шинопроводов; R0л, x0л – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельных линий; Rд – сопротивление дуги в месте короткого замыкания.

При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

, (88)

где  – номинальный ток отключения силового выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора .

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов (rт, хт) в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам:

; (89)

, (90)

где  – номинальная мощность трансформатора, кВА;  – потери КЗ в трансформаторе, кВт;  – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; uк – напряжение КЗ трансформатора, %.

Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме D/Y0, при расчете КЗ в сети низшего напряжения следует принимать равными соответственно активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности. При других схемах соединения обмоток трансформаторов активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности необходимо принимать в соответствии с указаниями изготовителей.

Активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей шинопроводов приведены в табл. 21.

Таблица 21 Параметры комплектных шинопроводов

Значения удельных сопротивлений кабелей приведены в табл. 17.

Значения активных сопротивлений контактов различного вида приведены в табл. 22, 23, 24.

Таблица 22 Сопротивления контактных соединений кабелей

Таблица 23 Сопротивления контактных соединений шинопроводов

Таблица 24 Приближенные значения сопротивлений разъемных контактов коммутационных аппаратов напряжением до 1 кВ

При приближенном учете сопротивлений контактов принимают:  – для контактных соединений кабелей;  – для шинопроводов;  – для коммутационных аппаратов.

При расчете токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления первичных обмоток всех многовитковых измерительных трансформаторов тока, которые имеются в цепи КЗ. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности принимают равными значениям сопротивлений прямой последовательности. Параметры некоторых многовитковых трансформаторов тока приведены в табл.25. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует вести с учетом индуктивных и активных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности. Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей приведены в табл. 26.

Таблица 25 Сопротивления первичных обмоток многовитковых трансформаторов тока

Таблица 26 Сопротивления катушек и контактов автоматических выключателей

При определении минимального значения тока КЗ следует учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ.

Приближенные значения активного сопротивления дуги приведены в табл. 27.

Таблица 27 Значения активного сопротивления дуги

Значение ударного тока короткого замыкания определяется по формуле

, кА, (91)

где Kу – ударный коэффициент, определяемый по графику на рис. 16 и зависящий от отношения активного и индуктивного сопротивлений в точке КЗ: .

Рис. 16. Зависимость

Пример расчета токов короткого замыкания привести для одной точки КЗ. Результаты расчета токов КЗ свести в табл. 28.

Таблица 29 Результаты расчета токов КЗ

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10