Kурсовое проектирование по электрооборудованию

где І- расчетная сила тока; U- напряжение; cosj- коэффициент мощности, h – КПД двигателя. В случае, если магнитный пускатель не коммутирует силовые цепи, преимущество при выборе необходимо отдавать промежуточным реле, которые отличаются от магнитных пускателей малыми

габаритами и низкой потребляемой мощностью.

Пример оформления выбора магнитных пускателей приведен в таблице 3.2.

Пример оформления выбора промежуточных реле приведен в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Результаты выбора магнитных реле

11

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Выбор пакетных выключателей, рубильников, тумблеров.

Выбор этих аппаратов производится:

Spi – мощность потребляемая каждым отдельным аппаратом во включенном состоянии. При этом необходимо учитывать, что суммируются мощности только тех аппаратов, которые работают одновременно.

Мощность потребляемую катушками магнитных пускателей и промежуточных реле можно принять с учетом определенных допущений согласно таблице 3.4.

Кроме того, рубильники, пакетные выключатели и тумблеры должны без повреждений включать пусковые токи электроприемников, которые, как известно, могут превосходить их номинальные токи в несколько раз.

Iном >= Iпуск, (10)

где Iпуск – пусковой ток двигателя, А.

Переключатели также выбираются с учетом необходимого количества положений и коммутаций.

12

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Выбор кнопок и постов управления

При выборе кнопок и постов управления учитывают следующие условия:

1.ток и напряжение контактов;

2.число и род контактов;

3.конструктивное исполнение;

4.цвет толкателя.

Выбор трансформаторов тока

Все трансформаторы тока выбираются, как и другие аппараты, по номинальному току и напряжению установки и проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ. Кроме того, трансформаторы тока, используемые для включения релейной защиты, проверяются на значение погрешности, которая не должна превышать 10% по току и 7 по углу. Для проверки по этому условию в информационных материалах заводов – поставщиков трансформаторов тока и в другой справочной литературе [19] даются характеристики и параметры трансформаторов тока.

Пример оформления результатов выбора аппаратов управления приведен в таблице 3.5.

Расчет полупроводникового выпрямителя с фильтром

Наиболее часто выпрямление переменного тока в постоянный в схемах управления производится по двухполупериодной схеме, которая представлена на рис. 1

13

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Для расчета необходимы следующие исходные данные: Uнср - среднее напряжение на нагрузке; Iнср - средний ток через нагрузку; qф – требуемый коэффициент пульсации выпрямителя с фильтром.

Таблица 3.6.

Значения коэффициентов расчета электрических величин

Примечание. К1 - коэффициент расчета Uдmax; К2 - коэффициент расчета Iдmax; К3 - коэффициент расчета U2; К4 - коэффициент расчета Pp; m - номер основной гармоники (гармоники наинизшей частоты) выпрямленного тока; q - коэффициент пульсации выпрямителя без фильтра.

Расчёт сопротивления нагрузки RН и средней мощности Pн, выделяемой на нагрузке можно произвести по следующим формулам:

Rн = Uнср ,Oм

(11)

Pн = Uнср Iнср, BT

Расчёт максимального обратного напряжения на диоде Uдmax и максимального прямого тока через диод Iдmax.

Uдmax = K1 Uнср, B

(12)

Iдmax = K2 * Iнср, A

Расчёт действующих значений напряжений на первичной U1 и вторичной U2 обмотках трансформатора, коэффициента трансформации по напряжению nU, потребляемой мощности трансформатора Pp.

14

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Pp = K4 PH , BT

Расчёт коэффициента фильтрации Sкф и ёмкости фильтра Сф.

В соответствии с полученными результатами из [16] выбирается тип и характерисики выпрямительного диода. Результаты выбора для лучшей наглядности, необходимо оформить в виде таблицы. Пример оформления результатов выбора диодов приведен в таблице 3.7.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

15

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Тепловые защитные устройства измеряют непосредственно температуру электрооборудования.

Полупроводниковые приборы обладают низкой перегрузочной способностью по сравнению с другим силовым оборудованием, и к устройствам защиты полупроводниковых выпрямителей и других преобразователей предъявляются повышенные требования. Защитные устройства в установках с полупроводниковыми выпрямителями выбираются исходя из допустимых перегрузочных характеристик силовых диодов или тиристоров с учетом того, что при этом будет защищаться и другое оборудование, находящиеся в цепи аварии, поскольку оно обладает большей перегрузочной способностью.

Применение тех или иных средств защиты определяется параметрами силовой цепи преобразователя и перегрузочной способностью полупроводниковых приборов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

1.Быстродействие - обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

2.Селективность. Аварийное отключение должно производится только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи при этом должны оставаться в работе.

3.Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

4.Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов.

5.Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов.

6.Помехоустойчивость. При появлении помех в сети собственных нужд и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

7.Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для полупроводниковых приборов, независимо от места и характера аварии.

Выбор предохранителей

Предохранители выбираются по следующим условиям: 1) по номинальному напряжению сети:

где Uном. пред. – номинальное напряжение предохранителя; Uном.с.- номинальное напряжение сети;

Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети (в этих случаях плавкие вставки имеют лучшие защитные характеристики);

2) по длительному расчетному току линии:

где Iном. вст.- номинальный ток плавкой вставки; Iдлит – длительный расчетный ток цепи.

16

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Кроме того при использовании безынерционных предохранителей не должно происходить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, например от пусковых токов электродвигателей. Поэтому при выборе предохранителей таких электроприемников необходимо также выполнение и другого условия:

Iном. вст. >= Iпуск/2,5 , (17)

где Iпуск – пусковой ток двигателя.

Часто возникает необходимость в защите магистральной линии, по которой питается группа электродвигателей, причем часть из них или все они могут пускаться одновременно. В этом случае предохранители выбираются по следующему соотношению:

Iном. вст. >= Iкр/2,5 (при легких условиях пуска)и

Iном. вст. >= Iкр/(1,5-2)(при тяжелых условиях пуска) ,

где Iкр = I’пуск + I’длит – максимальный кратковременный ток линии; I’пуск – пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых

кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; I’длит – длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению:

где Iраб. макс. – наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов, сигнальными лампочками и т. д. при одновременной работе; åI'вкл.макс. - наибольший суммарный ток,

потребляемый при включении катушек одновременно включаемых аппаратов.

Следует отметить, что плавкие предохранители, выбранные в соответствии с (16) или (17) не всегда будут защищать электродвигатель от перегрузки. Так, например, если номинальный ток двигателя составляет 10А, а пусковой ток 70А, то номинальный ток плавких вставок, выбранный по (17), составляет 28А (ближайшая плавкая вставка предохранителей имеет номинальный ток 30А). Такая защита не будет чувствительна к токам перегрузки, не превышающим номинальный ток двигателя в три раза. В таких случаях плавкие предохранители осуществляют защиту только от токов короткого замыкания, а защиту от перегрузок можно выполнить, например, с помощью тепловых элементов, встроенных в магнитные пускатели.

Если известны номинальные мощности электроприемников, то их номинальные токи могут быть определены по следующим соотношениям:

Р

I НОМ = × ×НОМ y × h , А (19)

3 U cos

- для трехфазных электроприемников переменного тока;

- для однофазных электроприемников, присоединенных у одной фазе сети трехфазного тока;

- для электроприемников постоянного тока,

где Р – номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт; Uном

– номинальное напряжение (для электроприемников переменного тока – линейное напряжение сети), кВ; соs f – коэффициент мощности; h – КПД электродвигателя.

Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей производится по номинальным напряжению и

17

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

где Uном. а. – номинальное напряжение автоматического выключателя;Uном.с.- номинальное напряжение сети; где Iном.а.- номинальный ток автоматического выключателя; Iдлит – длительный расчетный ток цепи.

Кроме того, должны быть правильно выбраны: номинальный ток расцепителей Iном.расц.; ток уставки электромагнитного расцепительного элемента комбинированного расцепителя Iуст.эл.магн.; номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя - Iном.уст.тепл.

Номинальные токи электромагнитного, теплового или комбинированного расцепителя должны быть не меньше номинального тока двигателя:

элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от католожных данных выбирается из условия

I уст.эл.магн.. ³1,25(åIном.дв. + I'пуск ) , (25)

где åIном.дв. - сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей до момента

пуска двигателя (группы двигателей), дающего наибольший прирост пускового тока; I’пуск – пусковой ток двигателя (или группы двигателей, пускаемых одновременно), дающего наибольший прирост пускового тока.

Номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя:

Так же выбираются уставки расцепителей автоматических выключателей и для защиты цепей других электроприемников системы электропитания, например цепей контрольноизмерительных приборов и др. (разумеется, если в этом возникает необходимость, так как в большинстве случаев для защиты приборов и других подобных электроприемников малой мощности по соображениям чувствительности оказывается необходимым применять плавкие предохранители). При этом надо учитывать, что если автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем устанавливается в цепях электроприемников, при включении которых не возникают броски пускового тока, то надобности в отстройке от последних нет и ток уставки электромагнитного расцепителя в этом случае должен выбираться минимально-возможным.

Выбор тепловых реле магнитных пускателей

Тепловые реле выбираются по номинальному току двигателя (или длительному

находился в центре диапазона регулирования.

Все выбранные аппараты защиты необходимо свести в таблицу, пример которой представлен в табл. 3.8

18

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ

Правильный выбор трансформатора имеет большое значение. Сечение провода с одной стороны должно быть такое, чтобы провод не нагревался под действием прохождения по нему тока, с другой стороны при большом сечении увеличивается затрата на изготовления проводов с алюминия и меди, то есть с цветных металлов, которые дорого стоят.

Применяя исходные данные можно произвести расчет трансформатора [ 5].

где U2- вторичное напряжение, В; I2- вторичный ток, А.

S2 = 127× 0,6 = 76,2 (ВА),

S′2 = 6,3×2 = 12,6 (ВА).

Найдем общую вторичную мощность:

S2 = S ′2 + S2 = 76,2 +12,6 = 88,8 (ВА).

19

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Поперечное сечение сердечника трансформатора Qс можно определить по следующей эмпирической (т. е. найденной опытным путем) формуле:

Сечение сердечника может быть выражено через его размеры Qc=ab, где а- ширина пластин, см; b- толщина пакета пластин, см. Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах b/a=1,2¸1,8, где а=2,14 см, а b=3,24 см.

Рис. 2. Типы сердечников трансформаторов: а — стержневой, б — броневой, в

— трехфазный: Я — ярмо, Ст — стержень

Сечение стержня обычно имеет квадратную, прямоугольную или ступенчатую форму вписанную в окружность. Стержни прямоугольного се обычно применяют для трансформаторов до 700 ВА. Высоту Hc, (см) прямоугольного стержня можно вычислить по формуле:

Hc = (2,5¸ 3,5) ×a , (31)

Hc = 3×2,14 = 6,42 (см).

Ширину окна сердечника принимают по формуле:

Qя=(1¸1,15). Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плотности тока.

Ток первичной обмотки определяют следующим образом:

Сечение провода первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

20

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com