Сделай Сам Свою Работу на 5

ВЫБОР ШИН И ПРОВОДОВ ДЛЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ





САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

( СамГУПС )

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

 

Вариант

 

 

Выполнил:

 

Проверил:

Комолов А.А.

 

 

Самара 2012
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.




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).

Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров:

· номинального тока расцепителя;

· 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 tв.с. (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на:

· Нормальные (tв.с.=0,02-0,1 с,);

· Селективные (tв.с. Регулируется до 1с);

· Быстродействующие, обладающие токоогнраничивающим эффектом (tв.с. не более 0,05 с).

Номинальным током (IНА) и напряжением (UНА) автоматического выключателяназывают значения тока и напряжения, которые способны выдерживать главные токоведущие части автомата в длительном режиме.

1. При выборе автомата IНА. ³ IНР., UНА.³ UЛ ,

где IНР. –номинальный ток расцепителя; UЛ – напряжение в линии электроснабжения, где установлен автоматического выключатель.

2. Номинальный ток расцепителя выбирается по условиям:

· IНР. ³ 1,25 IНД - для линии с одним ЭД;

где IНД – номинальный ток электродвигателя;

· IНР. . ³ 1,1 IМ - для линии с несколькими ЭД,

где IМ – максимальный ток в линии с несколькими ЭД.

3. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя (Iу.эм.) или ток срабатывания в зоне токов КЗ с выдержкой времени (IУКЗВ), для селективных выключателей, выбирается по условию чувствительности к наименьшему току КЗ в зоне защиты (I КЗ.(1) ³ IУЭМ) отстройки от пусковых токов (IУЭМ. > I УДП):

· I КЗ.(1) ³ IУЭМ. > I УДП. - для линии с одним ЭД;

· I КЗ(1) ³ IУЭМ или IУКЗВ. > 1,2 IПИК - для линии с несколькими ЭД,

где I УДП – ударный пусковой ток ЭД;

IПИК – 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

IУЭМ или IУКЗВ. =( КУЭМ.или КУ К.З) IНР.

5. Ток срабатывания теплового расцепителя (IУТ ) или ток срабатывания в зоне токов перегрузки (IУП) для выключателей с полупроводниковым расцепителем, принимаются кратными номинальному току расцепителя

IУТ или IУП. = (КУТ или КУП) IНР

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:

IКЗ.(3) < ПКС или IКЗ.(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 IУДКЗ .(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 3 IНР

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.


ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ


Однолинейная магистральная схема электроснабжения производственного помещения (цеха) приведена на рис.3.

Рис.3. Однолинейная магистральная схема электроснабжения производственного помещения (цеха)

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
Мощность питающего трансформатора SТ кВА
Соотношение сопротивлений питающей системы и трансформатора Xс/Xm -
Длина: · линии L1 · линии L2 l1 l2 м м  
Материал шин и проводов - - Cu
Номинальная мощность электродвигателя Pном кВт
К.П.Д. электродвигателя h % 92,5
Коэффициент мощности электродвигателя cosj - 0,89
Кратность пускового тока электродвигателя Кi -
Время пуска электродвигателя tn с
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.


ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ

 

Номинальный ток электродвигателя:

А, (1)

где Рном.дв.- номинальная мощность двигателя;

Uном.л.- номинальное линейное напряжение на обмотке статора (0,38кВ) ;

η – КПД при номинальном моменте на валу двигателя (в долях от единицы);

cosφ – коэффициент мощности.

.

Пусковой ток двигателя:

А, (2)

где kI – кратность пускового тока двигателя.

А.

 

Ударный пусковой ток двигателя (действующие значение):

А, (3)

А. (3)

Длительный ток в линии L1:

А, (4)

где ST – номинальная мощность трансформатора, кВА;

UНТ – номинальное напряжение трансформатора на низкой стороне, (0,4кВ).

А.


ВЫБОР ШИН И ПРОВОДОВ ДЛЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

4.1 Выбор шин для линии L1

 

Шины для линии электроснабжения L1выбирается с учетом соответствия с аппаратом защиты в качестве которого принимается автоматический селективный выключатель с полупроводниковым расцепителем. Допустимый ток в шинах (IДОП) определяется согласно условия: А

А, (5)

где КЗЩ – коэффициент защиты;

IУП – 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.

Для определения тока срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне токов перегрузки производится предварительный выбор автоматического выключателя. По табл. 1 приложения 3 [5] КУ П = 1,25 для всех предлагаемых выключателей.

А.

Тогда:

А.

Сечение шин шинопровода определяется по формуле:

А, (7)

где Jэ – экономическая плотность тока.

Принимаем Jэ = 1,75 А/мм2 – для медных шин. Тогда:

А.

4.2. Выбор проводов линии L2

Провода для линии электроснабжения выбирается с учетом соответствия с аппаратом защиты в качестве, которого принимается автоматический выключатель с комбинированным расцепителем. Допустимый ток в проводах (IДОП) определяется согласно условия:

А, (8)

КЗЩ – коэффициент защиты;

IУТ – ток уставки теплового расцепителя автоматического выключателя.

А, (9)

где КУ Т - кратность тока уставки теплового расцепителя автоматического выключателя.

Для определения тока уставки теплового расцепителя автоматического выключателя производится предварительный выбор автоматического выключателя. По табл. 1 приложения 4 [5] КУ Т = 1,3 для всех предлагаемых выключателей:

А.

Тогда:

А.

Сечение фазных проводов (SФ) и нулевого провода (S0) выбирается из табл.2 [5] по длительно допустимому току (IДОП). При этом сечение нулевого провода выбирается из условия S0 ³ 0,5SФ. Получаем

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.