Выбор и проверка аппаратов защиты и силовых РП

А. Выбор автоматических выключателей

В настоящее время в низковольтных комплектных распределительных устройствах (НКУ) цеховых электрических сетей используются автоматические выключатели (АВ) различных типов: ВА, АЕ20, А37, «Электрон» и др. Наиболее современными являются АВ типа ВА (ВА51, ВА52, ВА53, ВА55, ВА57, ВА75, ВА88 и др.). Они имеют уменьшенные габариты, совершенные узлы и элементы, выпускаются на номинальные токи от 25 до 6300 А и предназначены для замены устаревших выключателей типов АВМ, А37, АЕ20, «Электрон». Автоматические выключатели выбираются по следующим условиям.

1. По номинальному напряжению

 

,

 

где – номинальное напряжение АВ, В;

– номинальное линейное напряжение сети, В;

2. По номинальному току АВ

 

,

 

где – номинальный ток АВ, А;

– расчётный длительный ток линии, А.

3. По номинальному току максимального расцепителя АВ

 

,

 

где – номинальный ток максимального расцепителя АВ (теплового, электромагнитного или полупроводникового), А.

Номинальный ток АВ должен быть не менее выбранного номинального тока расцепителя, т.е. .

4. По кратности уставки тока срабатывания теплового или полупроводникового расцепителя в зоне токов перегрузки (только для АВ с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой, у которых непосредственно регулируется уставка по току срабатывания расцепителя в зоне перегрузки. Таким АВ является например “Электрон” с полупроводниковым реле серии РТМ)

,

 

где – кратность тока срабатывания максимального расцепителя (теплового или полупроводникового) при перегрузке к номинальному току расцепителя или иначе – кратность уставки тока срабатывания максимального расцепителя в зоне перегрузки .

– ток срабатывания теплового или полупроводникового расцепителя в зоне токов перегрузки, А. Он определяется по следующим условиям [13]:

– для линии с одним ЭП;

– для линии к группе ЭП.

Для АВ серий ВА51, ВА52, ВА53, ВА55, ВА57 и др. в каталогах и справочниках приведена кратность тока срабатывания расцепителя в зоне токов перегрузки , равная: 1.2 или 1, 35 для ВА51-25; 1, 25 или 1, 35 для ВА51-31; 1, 25 для ВА51-33; 1, 25 для ВА53, ВА55; 1, 3 для ВА57-33 и т. д. Для таких АВ достаточно выбрать номинальный ток расцепителя, а ток срабатывания расцепителя в зоне токов перегрузки определяется однозначно как произведение

 

.

 

Согласно [10] для электродвигателей защиту от перегрузки считают эффективной, если выполняется условие

 

.

 

Для защиты от перегрузки трансформаторов уставки тока срабатывания выбирают исходя из перегрузочной способности трансформаторов

.

Для защиты от перегрузки КУ уставку тока срабатывания выбирают исходя из условия

.

 

5. По кратности уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя в зоне токов КЗ

,

 

где – кратность тока срабатывания отсечки к номинальному току расцепителя или иначе – кратность уставки тока срабатывания электромагнитного или полупроводникового расцепителя в зоне коротких замыканий К _у(кз); выбирается по прилож. 9 или таблицам [1], [2], [3], [10], [31], [32].

– ток срабатывания отсечки (ток срабатывания электромагнитного или полупроводникового расцепителя при КЗ), А.

В каталогах на АВ и справочниках величина уставки по току срабатывания электромагнитного или полупроводникового расцепителя в зоне КЗ, как правило, даётся в относительных значениях (в кратностях к номинальному току максимального расцепителя) и только для АВ с одними электромагнитными расцепителями она даётся в абсолютных (калибруемых) значениях.

Ток срабатывания отсечки определяется по следующему условию

 

,

 

где К _н – коэффициент надёжности отстройки отсечки от пиковых токов ЭП;

I _пик – пиковый ток ЭП, А.

Коэффициент надёжности К _н для расчёта тока срабатывания отсечки АВ, установленных в цепях электродвигателей, принимается для выбранного типа АВ по табл. 6.29 [10]. Например, для АВ серии ВА с полупроводниковыми расцепителями К _н = 1, 6; для АВ серии ВА с тепловым и электромагнитным расцепителями К _н = 2, 1. В остальных случаях принимается равным 1, 25 для АВ с регулируемым комбинированным расцепителем и 1, 5 – для АВ с нерегулируемым комбинированным расцепителем [13].

Пиковый (максимальный кратковременный) ток зависит от вида ЭП. Для ЭП, не создающих пусковые токи

I _пик = I _р.

Для одного электродвигателя

I _пик = ,

где – пусковой ток электродвигателя, А;

– кратность пускового тока электродвигателя (при отсутствии технических данных можно принять = 6 – для синхронных и асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, = 2, 5 – для асинхронных электродвигателей с фазным ротором);

I _ном.дв – номинальный ток электродвигателя, А.

Пиковый ток, А, группы электродвигателей (например, присоединённых к СРП) при их числе от двух до пяти

 

,

 

где – кратность пускового тока самого мощного в этой группе электродвигателя;

I _ном.max – номинальный (приведённый к ПВ = 100%) ток самого мощного электродвигателя, А;

– суммарный номинальный ток, А, электродвигателей этой группы.

Пиковый ток, А, группы электродвигателей при их числе более пяти

 

,

 

где I _р – расчётный ток этой группы электродвигателей, А.

Пиковый ток, А, на ШНН цеховой ТП определяется по формуле

 

 

или (при отсутствии данных) приближённо через коэффициент, учитывающий пуск или самозапуск электродвигателей, по выражению

 

,

 

где К _сз принимают в пределах 1, 2–2, 4 в зависимости от соотношения видов ЭП на ШНН цеховой ТП.

Пиковый ток, А, трансформаторов сварочных агрегатов, преобразователей электрической энергии, печей и т.п.

 

,

 

где К _нам – коэффициент, учитывающий бросок тока намагничивания трансформатора (в зависимости от типа и мощности силовых трансформаторов К _нам = 3–5);

I _ном.т – номинальный ток трансформатора.

Для сварочного трансформатора, кроме указанного выше условия, необходимо учитывать его режим работы и принимать пиковый ток равным паспортному, если его длительность достаточна для срабатывания отсечки

 

,

 

где – номинальный ток повторно-кратковременного режима работы трансформатора (паспортный ток).

6. По времени срабатывания отсечки t _с.о. Выбор АВ начинают с защиты ЭП. Время срабатывания отсечки этих выключателей должно быть наименьшим. Как правило, это АВ с комбинированным расцепителем – неселективные. Время срабатывания отсечки таких АВ определяется собственным временем отключения выключателя, выбираемым по каталогам и справочникам: у неселективных АВ типов А3700, АЕ20, ВА51 t _с.о ≤ 0, 02 с, у токоограничивающих АВ типов А3700Б, ВА52, ВА53, ВА54 t _с.о ≤ 0, 01 с.

В РУ 0, 4 кВ цеховых ТП вводные, секционные и линейные АВ наоборот выбирают селективными. Линейные АВ могут быть и неселективными, если они защищают питающие линии к одиночным крупным ЭП. Время срабатывания отсечки АВ, защищающих питающие линии к группам ЭП (линии к ШРА и СРП), секционных и вводных выключателей определяется по условию

,

 

где t _с.о.п – наибольшее время срабатывания отсечки предыдущей от ЭП защиты;

Δ t – ступень селективности, принимаемая для АВ типов А3700С, ВА55, ВА75 равной 0, 1–0, 15 с, для АВ серии «Электрон» – 0, 2–0, 25 с.

Для соблюдения условия селективности (избирательности действия защит) время срабатывания отсечки должно возрастать последовательно по цепи: АВ ЭП, линейный, секционный, вводной.

Выбранные АВ проверяются по следующим условиям.

1. По предельной коммутационной способности выключателя

 

ПКС ≥ ,

 

где ПКС – предельная коммутационная способность АВ – максимальное значение тока КЗ, которое АВ способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии, кА.

– ток трёхфазного КЗ, кА; берётся наибольшим возможным в данной электрической цепи.

2. По электродинамической стойкости токам трёхфазного КЗ

 

ПКС ≥ ,

 

где – ударный ток трёхфазного КЗ, кА.

3. По чувствительности отсечки при КЗ

 

,

 

где К _ч – коэффициент чувствительности отсечки;

I _к.min – минимальный ток КЗ в конце защищаемой зоны;

К _р – коэффициент разброса срабатывания отсечки по току.

При отсутствии данных о коэффициенте разброса произведение 1, 1 К _р ре- комендуется принимать равным не менее 1, 4–1, 5.

Подробные технические данные АВ приведены в справочниках [1], [2], [3] или каталогах. При выполнении курсового проекта выбор АВ рекомендуется выполнять по прилож. 9 или по табл. [10], [31], [32]. Результаты выбора сводятся в табл. 2.7. Типы выбранных автоматов, их номинальные токи и токи расцепителей указываются на принципиальной схеме распределительной сети и на схеме электроснабжения.

Примечания. 1. На участке «Трансформатор – ШНН» цеховой ТП или «Трансформатор – ШМА», а так же для секционирования ШНН цеховой ТП и присоединения к ШНН отходящих линий (кроме линий к отдельным мощным ЭП), с целью обеспечения избирательности работы защиты сети, рекомендуется выбирать селективные автоматические выключатели серии ВА55. 2. Общие сведения об АВ, методика и примеры выбора приведены в [3], [10], [31]. 3. В курсовом проекте выбор АВ выполняется по условиям 1, 2, 3, 5, 6.

 

Б. Выбор предохранителей напряжением до 1 кВ

 

Наиболее широкое распространение в НКУ цеховых электрических сетей получили предохранители типа ПР2, ПН2, НПН2. Они применяются для защиты электрических сетей в основном от токов коротких замыканий. Предохранители выбираются по следующим условиям.

1. По номинальному напряжению

 

,

 

где – номинальное напряжение предохранителя, В;

– номинальное напряжение сети, В.

2. По номинальному току предохранителя

 

,

 

где – номинальный ток предохранителя, А;

– номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А.

3. По номинальному току плавкой вставки исходя из двух условий:

– для линии к одиночному ЭП по условию нагрева;

– для линии к одиночному ЭП по условию отстройки от пускового тока (например, для линии с одним электродвигателем);

– для линии к группе ЭП по условию нагрева;

– для линии к группе ЭП по условию отстройки от пикового тока (например, для групповой линии с несколькими электродвигателями),

где – расчётный длительный ток линии, А;

I _ном.эп – номинальный ток ЭП, А;

I _пуск – пусковой ток электродвигателя, А (смотри выбор АВ);

I _пик – пиковый ток группы электродвигателей, А (смотри выбор АВ);

– коэффициент, учитывающий условия и длительность пуска (коэффициент пуска); принимается равным:

= 2, 5 – при защите линии, идущей к одиночному электродвигателю с редкими пусками и длительностью пускового периода не более 2, 5 с (с лёгкими условиями пуска);

= 1, 6–2 – при защите линии, идущей к одиночному электродвигателю с частыми пусками или длительностью пускового периода более 2, 5 с (с тяжёлыми условиями пуска);

= 2, 5 – при защите групповой линии с несколькими электродвигателями или смешанной нагрузкой;

– для одиночного сварочного трансформатора,

где I _{ном.ПКР} – номинальный ток сварочного трансформатора при ПКР (паспортный ток), А;

ПВ – паспортная продолжительность включения, отн. ед.;

– при защите трансформатора (учитывается бросок намагничивающего тока),

где I _ном.т – номинальный ток трансформатора, А;

– для одиночной электропечи,

где I _{ном.печ} – номинальный ток электропечи, А;

– для линии к группе ЭП без пусковых токов,

где – сумма номинальных токов ЭП группы, А;

– для линии к конденсаторной установке (КУ),

где I _р.КУ – расчётный ток в линии к конденсаторной установке, А.

Выбранные предохранители проверяются по следующим условиям.

1. По чувствительности защиты при КЗ:

в электрических сетях общего назначения

 

;

 

для взрывоопасных помещений

 

.

 

 

2. По отключающей способности

 

> ,

 

где I _п.откл – предельный ток, отключаемый предохранителем, кА;

– максимальный ток трёхфазного КЗ в месте установки предохранителя, кА.

Выбор предохранителей выполняется по табл. 3.5 [13] или 6.27 [10], результаты выбора сводятся в табл. 2.7. Типы выбранных предохранителей, их номинальные токи и токи плавких вставок указываются на принципиальной схеме распределительной сети и на схеме электроснабжения.

Примечание. В панелях распределительных щитов серии ЩО70 устанавливаются предохранители только типа ПН2, в распределительных шкафах серий ШРС1, ШР11 – предохранители типа ПН2 и (или) НПН2, в силовых ящиках – предохранители любого типа: ПН2, НПН2 или ПР2.

 

В. Выбор силовых распределительных пунктов (шкафов)

Для приёма и распределения электроэнергии по группам ЭП, защиты отходящих линий и ЭП при перегрузках и коротких замыканиях в цехах промышленных предприятий применяют СРП разных конструкций и схем. СРП изготовляются в виде шкафов или устройств, собираемых из отдельных стандартных элементов [36]. Шкафы представляют собой металлический корпус с дверью, внутри которого установлены сборные шины, аппараты и приборы. Шкафы выпускаются в навесном, утопленном и напольном исполнении, с аппаратом на вводе (рубильником, автоматическим выключателем) и без него. Многообразие различных типов СРП затрудняет их выбор, многие из них устарели и сняты с производства. В курсовом проекте рекомендуются к применению указанные ниже наиболее современные СРП,

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды применяют шкафы серий ШРС1-20У3 и ШР11…22У3 защищенного исполнения, а для пыльных и влажных – шкафы серий ШРС1-50У3 и ШР11…54У2 закрытого исполнения. Шкафы рассчитаны на номинальные токи до 400 А и номинальное напряжение 380 В. Шкафы имеют на вводе рубильник (некоторые из них – рубильник с тремя предохранителями или два рубильника), на отходящих линиях – плавкие предохранители серий ПН2 и (или) НПН2 на номинальные токи 60, 100, 250 А. Основные технические характеристики шкафов серий ШРС1 и ШР11 приведены в табл. 7.3.7 [17].

Наряду с указанными шкафами применяют СРП серий ПР8501, ПР8503, ПР8505 с автоматическими выключателями. СРП серии ПР8501 комплектуются вводными автоматическими выключателями серии ВА51, ВА55, ВА56 или ВА57 с электромагнитными и тепловыми или полупроводниковыми расцепителями. На отходящих линиях устанавливаются автоматические выключатели:

однополюсные на токи от 10 до 63А: АЕ2046, ВА21-29, ВА51-31;

трёхполюсные на токи от 10 до 100А: ВА51-31, ВА51-35, ВА57-35;

трёхполюсные на токи от 160 до 250А: ВА51-35, ВА57-35, АЕ20.

СРП серии ПР8501 рассчитаны на номинальные токи 160, 250, 400, 630 А и номинальное напряжение 660 В, их основные технические характеристики приведены в табл. 7.3.6 [17] и табл. А.7 [31].

СРП серии ПР8503 комплектуются вводными автоматическими выключателями серии ВА57-35, ВА57-39 или ВА52-39. На отходящих линиях устанавливаются автоматические выключатели:

однополюсные на токи от 10 до 63А типа АЕ2040-10Б;

трёхполюсные на токи от 16 до 100А типа ВА57-31;

трёхполюсные на токи от 160 до 250А типа ВА57-35,

СРП серии ПР8503 рассчитаны на номинальный ток до 500 А и номинальное напряжение 660 В, их основные технические характеристики приведены в табл. 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4 [17].

Степень защиты СРП серий ПР8501 и ПР8503 от воздействия окружающей среды – IР21 (защищенное исполнение) и IР54 (закрытое исполнение).

СРП выбирают по их комплектации аппаратами защиты (предохранителями или АВ) и степени защиты в зависимости от характера среды в цехе; с учётом количества, числа фаз и расчётных токов ЭП, подключаемых к силовому пункту, и их общей расчётной нагрузки. Номинальный ток вводного аппарата СРП I _{ном.СРП} должен быть не меньше расчётного тока I _р группы ЭП, подключаемых к СРП

.

 

Число присоединений к СРП и их токи не должны превышать числа отходящих от СРП линий и их допустимые токи

 

; .

 

Выбранные СРП проверяются на электродинамическую стойкость по условию

i _дин ≥ i _у,

 

где i _дин – ток электродинамической стойкости выбранного типа СРП, кА; берётся из учебной или справочной литературы;

i _у – расчётный ударный ток трёхфазного КЗ на шинах СРП, кА.

Технические данные СРП приведены в [10], [17], [31], [32], [36].

Результаты выбора СРП сводятся в табл. 2.7. Типы выбранных СРП указываются на принципиальной схеме распределительной сети и на схеме электроснабжения.

Примеры выбора СРП приведены в [30].