Расчет и выбор аппаратов защиты, кабельных линий

Кабели, выбранные по номинальному или максимальному току, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки, значительно превышающие допустимые из-за перегрузок электроприемников, а также токов КЗ, поэтому участки сети и электроприемники должны быть защищены защитными автоматами.

Главные функции аппаратуры управления и защиты:

• · включение и отключение электроприемников и электрических цепей;
• · электрическая защита от перегрузки, коротких замыканий, понижения напряжения и самозапуска;
• · регулирование числа оборотов электродвигателей;
• · реверсирование электродвигателей;
• · электрическое торможение.

Автоматические выключатели (АВ) являются наиболее совершенными и на дежными аппаратами защиты, срабатывающими при перегрузках и КЗ в защищаемой линии.

Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные, полупроводниковые.

Наиболее современные автоматические выключатели серии ВА разработок 51, 52, 53, 55, 57 предназначены, для отключений при возникновении токов КЗ и пере грузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжений.

Для прокладки к отдельным электроприемникам, выбирается кабель АВВГ (кабель с алюминиевыми жилами с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке без защитного покрова). Кабель марки ААШвУ (кабель с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке с поливинилхлоридным шлангом, усовершенствованный).

Расчет и выбор автоматических выключателей.

На вводе РУ выбираем два одинаковых выключателя для 1 и 2 секций:

При условии, что рабочий ток равен:

Наибольший ток 34,9 А (поз. 10) потребляет плоскошлифовальный станок:

Выбираем ближайшее большее значение, и принимаем К_о = 7,0.

Выбираемее автоматические выключатели типа ВА 53−39−3.

Данные автоматы имеют следующие характеристики:

• · U_н.а. = 380 В;
• · I_н.а. = 400 А;
• · I_н.р. = I_н.а Ч 0,63 = 400 Ч 0,63 = 252 А;
• · I_{у (кз)} = К_о Ч I_н.р = 5 Ч 252 = 1260 А;
• · I_откл. = 20 кА.

Т.к. I_н.р. — регулируется ступенчато: 0,63 I_н.а, 0,8 I_н.а, 1,0 I_н.а. необходимо выбрать ступень, в нашем случае выберем 0,8 I_н.а = 0,8 Ч 400 = 320 А;

Время срабатывания в зоне КЗ составляет 0,25 с.

Рассчитываем и выбираем секционный выключатель, через него при включении будет проходить не более половины нагрузки РУ, поэтому всю нагрузку делим на два.

Выбираем ближайшее большее значение, и принимаем К_о = 3,0.

Выбираем АВ типа ВА 53−39−3.

Данные автоматы имеют следующие характеристики:

• · U_н.а. = 380 В;
• · I_н.а. = 400 А;
• · I_н.р. = I_н.а Ч 0,63 = 400 Ч 0,63 = 252 А;
• · I_{у (кз)} = К_о Ч I_н.р = 3 Ч 252 = 756 А;
• · I_откл. = 20 кА.

Т.к. I_н.р. — регулируется ступенчато: 0,63 I_н.а, 0,8 I_н.а, 1,0 I_н.а. необходимо выбрать ступень, в нашем случае выберем 0,8 I_н.а = 0,8 Ч 400 = 320 А;

Время срабатывания в зоне КЗ составляет 0,25 с.

Выбираем автоматический выключатель, отвечающий следующим требованиям:

• 1. — для линии без ЭД;
• 2. — для линии с одним ЭД;
• 3. — для групповой линии с несколькими ЭД,

где I_н.а. — номинальный ток автомата, А;

I_н.р. — номинальный ток расцепителя, А;

I_дл. — длительный ток в линии, А;

I_м. — максимальный ток в линии, А;

U_н.а. — номинальное напряжение автомата, В;

U_с — номинальное напряжение сети, В.

• 4. — для линии без электродвигателей;
• 5. — для линии с одним электродвигателем;
• 6. — для групповой линии с несколькими электродвигателями, где

K_o — кратность отсечки;

I_o — ток отсечки, А;

I_n — пусковой ток, А.

7., где In — номинальный ток, А;

K_n — кратность пускового тока (K_n= 6,5…7,5 для асинхронных двигателей).

Расчет сечения кабеля и выбор марки кабеля.

1. Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 В выбираем по условию нагрева:

где.

• · I дл.доп. — длительный допустимый ток провода кабеля, А;
• · Ip — расчетный ток, А;
• · Kn — поправочный коэффициент на количество кабелей проложенных вместе;
• · K_т — поправочный коэффициент на температуру окружающей среды;

I дл.доп. определяем по ПУЭ в таблице 1.3.7 на странице 19.

2. Выбранное сечение проверяем по допустимой потере напряжения.

где ДU — расчетное значение потерь напряжения, В;

ДU_доп. = 0,05ЧU_н = 20 В;

Расчетное значение определяем по формуле:

где l — длина токоведущей части, км;

r_o, x_o — удельные сопротивления для выбранного сечения, Ом/км.

3. Проверяем выбранное сечение на соответствие току защитного автомата.

К_з — равен 1, коэффициент защиты для невзрыво и непожароопасных производственных помещений;

I_з — ток защитного автомата, А. Принимается равным по номинальному току срабатывания теплового расщепителя.

Пример: Расчет кабеля для подключения плоскошлифовального станка к РП — 3:

Определяем расчетный ток по формуле:

По полученному значению выбираем кабель марки АВВГ 3 Ч 16 + 1 Ч 6 = 60 А.

Проверяем правильность расчетов и выбора кабеля по допустимой потере напряжения:

= 1,73 Ч 28,03 Ч 0,05 Ч (1,95Ч 0,92 + 0,095 Ч 0,39) =4,42 В,.

что составляет 1,47% от 380 В следовательно кабель выбран верно т.к. допустимые потери 20 В больше расчетных потерь 5,6 В.

Все дальнейшие расчеты сечения кабеля заносим в таблицу 6.

Расчет токов короткого замыкания.

Рассчитаем токи короткого замыкания (КЗ):

• · по расчетной схеме составить схему замещения, выбрать токи КЗ;
• · рассчитать сопротивления;
• · определить в каждой выбранной точке 3-фазные и 1-фазные токи КЗ, заполнить «Сводную ведомость токов КЗ».

Схемы замещения представляют собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи заменены электрическими связями.

Выбираем самый удаленный электроприемник поз. 11.

Точки КЗ выбираем на ступенях распределителя — на ШНН-2, на кабеле до РП-4 и на кабеле до станка поз. 11.

Для определения токов КЗ используем следующие формулы:

Для однофазного тока КЗ — ;

Для трехфазного тока КЗ — .

Расчет токов короткого замыкания 1-фазных линий.

x_A, r_A — индуктивные и активные сопротивления автомата;

r_n — активные переходные сопротивления неподвижных контактных соединений;

x_о, r_о — удельные индуктивные и активные сопротивления кабеля;

x_тр., r_тр. — индуктивное и активное сопротивление трансформатора;

z_тр/з — полное сопротивление трансформатора при однофазном токе К.З.

r_A1 = 0.15 мОм — x_A1 = 0.17 мОм — r_m =0.4 мОм.

r_A2 = 0.7 мОм — x_A2 = 0.7 мОм — r_m =0.7 мОм.

r_A3 = 1.3 мОм — x_A3 =1.2 мОм — r_m =0.75 мОм.

r_{П ААШвУ2} = 0,043 мОм — x_{o ААШвУ2} = 0,063 мОм — r_{о ААШвУ2} = 0,625 мОм.

r_{П ААШвУ3} = 0,056 мОм — x_{o ААШвУ3} = 0,088 мОм — r_{о ААШвУ3} = 0,894 мОм.

z тр/з = 312 мОм Длина кабеля до второй точки КЗ — 1 _ААШвУ = 60 метров (по плану) Длина кабеля до третьей точки КЗ — 1 _АВВГ = 25 метров (по плану) Для первой точки К.З.:

R₁ = r_A1 + r_П1 = 0,15 + 0,4 = 0,55 мОм Х₁ = х_А1 = 0,17 мОм, тогда ток.

=.

k — коэффициент чувствительности для автомата более 100 А? 1,2.

k = (защита эффективна).

Для второй точки К.З.:

тогда ток.

=k =.

(защита эффективна).

Для третьей точки К.З.:

тогда ток.

=.

k = - что допускается для автоматов с номинальным током не более 100 А.

Расчет токов короткого замыкания 3 — фазных линий.

Для проверки автоматов и кабеля на динамическую стойкость необходимо определить ударный ток при 3-х фазном замыкании в точках К1, К2, К3. Схема замещения для 3-х фазного К.З. (стр.21) данной работы.

r_A1 = 0.15 мОм — x_A1 = 0.17 мОм — r_m =0.4 мОм.

r_A2 = 0.7 мОм — x_A2 = 0.7 мОм — r_m =0.7 мОм.

r_A3 = 1.3 мОм — x_A3 =1.2 мОм — r_m =0.75 мОм.

r_{П ААШвУ2} = 0,043 мОм — x_{o ААШвУ2} = 0,063 мОм — r_{о ААШвУ2} = 0,625 мОм.

r_{П ААШвУ3} = 0,056 мОм — x_{o ААШвУ3} = 0,088 мОм — r_{о ААШвУ3} = 0,894 мОм.

Z_T (3ф) = 28,7 мОм.

R_T = 8.4 мОм Х_Т = 25,1 мОм Длина кабеля до второй точки КЗ — 1 _ААШвУ = 50 метров (по плану) Длина кабеля до третьей точки КЗ — 1 _АВВГ = 35 метров (по плану) Для первой точки К.З.:

R₁ = R_T + r_A1 + r_П1 = 8,4 + 0,15 + 0,4 = 8,95 мОм Х₁ = Х_Т + х_А1 = 25,1 + 0,17 = 25.27 мОм, тогда ток.

=.

К_у1 = 1,32 — ударный коэффициент [4, c.60].

Так как автоматический выключатель ВА 53−39−3, защищающий шины ЦТП, имеет предельную коммутационную способность 20 кА [10, с. 75, табл.25], то ударный ток защитный автомат выдержит, и селективность защиты обеспечит:

14 739,79 А <25 кА [25 кА I_отк табл.6]-защита эффективна Для второй точки К.З.:

Z_T =, тогда ток КЗ.

=,.

тогда ударный ток при К_у2= 1,3 -ударный коэффициент.

4524,89 А <25 кА [25 кА I_отк табл.6]-защита эффективна.

Для третьей точки К.З.:

.

тогда ток.

=,.

тогда ударный ток при К_у3= 1,39 -ударный коэффициент.

3242,25 А <25 кА [25 кА I_отк табл.6]-защита эффективна.