3. Расчет уставок автоматических выключателей.

При защите ЭП автоматами выбор АВ производят по следующим параметрам:

-по напряжению ЭП; U_ЭП ≤ U_н.;

-по роду тока и его значению I_p ≤ I_н.;

-по коммутационной способности I_п.о. (I_п.о.1) ≤ I_откл.

где U_ЭП – напряжение на потребителе ЭЭ;

U_н – номинальное напряжение автомата;

I_p – рабочий ток электропотребителя, А;

I_н – номинальный ток автомата, А;

I_п.о – ток трехфазного к.з., кА;

I_п.о.1 – ток однофазного к.з., А.

Номинальный ток теплового расцепителя выбирают только по длительному расчетному току линии:

Номинальный ток комбинированного расцепителя АВ выбирают также по длительному расчетному току линии:

Ток отсечки электромагнитного расцепителя или комбинированного расцепителя I_ср.эл. проверяется по максимальному кратковременному пиковому току линии:

k – коэффициент, учитывающий неточность в определении пикового тока и разброс характеристик расцепителей АВ.

Д ля расчета принимают:

- для АВ с I_н ≤ 100 А k ≥ 1,4 для АВ с электромагнитным расцепителем

- для АВ с I_н > 100 А k ≥ 1,25

Для АВ с расцепителем с обратнозависимой характеристикой от тока k ≥ 3

Пиковый ток линии, питающей ЭД.

I_пик=I_пуск.

Пиковый ток линии, питающий группу ( не более трех ЭП):

где ∑I_н – сумма номинальных токов всех ЭП группы;

I_Н.Б. – номинальный ток ЭД, имеющего наибольший пусковой ток;

кратность пускового тока ЭД имеющего наибольший пусковой ток.

Пиковый ток линии, питающий группу более трех ЭП:

где I_р – расчетный ток линии;

I_Н.Б и k′ - номинальный ток и кратность пускового тока ЭД имеющего наибольший пусковой ток;

∑I_н – сумма номинальных токов ЭП группы.

Если АВ установлены в закрытых шкафах, номинальный ток АВ, теплового или комбинированного расцепителя уменьшается до 85% от номинальных значений.

Данные автоматов приведены в таблице 2.3 – 2.6 приложения II.

10.5. Расчетный ток линии питающей группу ЭП можно определить по коэффициенту спроса либо методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициентов максимума).

Для определения расчетного тока питающей линии сначала находят расчетную активную мощность учитывая коэффициент спроса k_c:

Р_П.У. – установленная мощность ЭП п-ой группы;

k_c – коэффициент спроса п-ой характерной группы ЭП.

Затем находят реактивную мощность:

Расчетный ток группы ЭП:

Расчетную нагрузку линии питающей осветительную установку рассчитывают по формулам:

Р=Р_уст∙k_c∙k_{пр А.}, квт

k_c=1 – для мелких производственных зданий;

k_c=0,95 – состоящих из отдельных крупных пролетов;

k_c=0,8 – состоящих из большого числа отдельных помещений;

k_c=1 – для крупных сетей и всех звеньев сети аварийного освещения;

k_{пр А}=1,1 – для ДРЛ и ДРИ;

k_{пр А}=1,2 – для ЛЛ со стартерами;

k_пр =1,3 – 1,35 – для ЛЛ с без стартерной схемой.

Метод упрощенных диаграмм.

Расчетная мощность одного ЭП работающего в длительном режиме работы, принимается равной Р_ном=Р_уст., квт; Р_уст. – установленная мощность ЭП.

Расчетная мощность ЭД работающего в ПВК режиме:

где - установленная мощность, квт;

Р_Н.П. – паспортная мощность ЭД при паспортной продолжительности включения S3_н

Расчетная Q_р одного ЭП определяется:

Для группы ЭП (не более трех) Р_Р и Q_Р определяют как сумму ∑ Р_Р и ∑ Q_Р.

При числе ЭП более трех Р_Р и Q_Р определяют следующим образом:

1. По таблице 10.2 находят соответствующие k_i и cosφ по группам однотипных ЭП. Коэффициент использования равен отношению средней мощности ЭП (или группы) к номинальной мощности Р_н. При активной мощности k_i=Р₀ / Р_н.

2. Подсчитывают общее количество ЭП – п₁ питающихся от одного РП.

3. Находят в группе ЭП – (от одного РП) самый мощный ЭП и все, чья мощность не менее половины этого ЭП. Обозначают их п₁. Это крупные ЭП.

4. Подсчитывают суммарную установленную мощность всех ЭП.

5. Подсчитывают суммарную установленную мощность всех п₁ ЭП.

6. Определяют средние максимальные активную и реактивную мощности для каждой группы однотипных ЭП

Р_СМ.ГР=k_iΣР_уст. Q_СМ.ГР=Р_СМ.ГР ∙tg φ;

tg φ – значение соответствующее средневзвешенному cos φ характерному для ЭП данного режима работы.

Максимальная средняя мощность для всех ЭП определяется как суммарные мощности группы однотипных ЭП, т.е.

Р_СМ.=ΣР_СМ.ГР Q_СМ=Σ Q_СМ.ГР.

7. Определяют относительные величины

п_* = п₁ / п; Р_* = ΣР₁ / ΣР_уст.

8. Определяют средневзвешенный k_{i ср}

9. Определяют относительное значение эффективного числа электроприемников

п_э* = п_э / п; в зависимости от п_* и Р_* из таблицы 35 [].

Примечание. Под эффективным числом приемников группы различных по номинальной мощности и режиму работы понимается такое число однородных по режиму работы и мощности электроприемников, которое обусловливает ту же расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа различных по режиму работы и номинальной мощности электропотребителей.

10. Определяют эффективное число электропотребителей

п_э = п_э* ∙ п; при числе ЭП в группе 4 и более допускается принимать п_э равное действительному числу ЭП, если

<3,

при т>3 и k_i>0,2

где Р_н.∑ - суммарная номинальная мощность группы ЭП;

Р_макс1 – мощность наибольшего ЭП группы.

Если окажется п_э > п, принимают п_э = п.

При п>3 и п_э<4 расчетная максимальная нагрузка принимается: Р_макс=k₃∑Р_ном

k₃=0,9 – коэффициент загрузки для длительного режима работы и 0,75 для ПВК режима.

11. По таблице 36 [ ] определяем max k_m в зависимости от п_э и k_{i ср.}

k_m – отношение расчетной максимальной активной нагрузки группы ЭП к средней нагрузке за наиболее нагруженную схему.

12. Определяют расчетную активную мощность группы ЭП:

13. Определяем расчетную реактивную мощность

В соответствии с практикой проектирования

при п_э≤10

при п_э≥10

Если в группе имеются электроприемники работающие с опережающим током, то их Q_c вычитается из общей реактивной мощности.

Полная мощность ЭП группы:

Расчетный ток группы ЭП:

где .

Для электроприемников постоянного тока;

10.6. Выбор сечения S проводов линии выбирается по двум условиям о чем говорилось выше;

1. По условия нагрева длительным расчетным током

2. По условия соответствия выбранного аппарата максимальной токовой защиты

где I_p – расчетный ток нагрузки;

I_н.доп. – длительный допустимый ток на кабели, провода и шины;

I₃ – ток защитного аппарата;

k₁ – поправочный коэффициент на условия прокладки кабелей (таблица ПУЭ);

k₂ – поправочный коэффициент на число работающих кабелей лежащих рядом в земле, трубе или без труб (таблица ПУЭ);

k₃ – коэффициент защиты или кратность защиты (отношение длительно-допустимого тока для провода к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата) – определяется по данным таблицы 10.3.

Таблица 10.3.

№ п/п	Ток защитного аппарата	Сети, для которых защита от перегрузки обязательна			Сети, не требующие защиты от перегрузки
		Проводники с резиновой и аналогичной изоляцией		Кабели с бумажной изоляцией
		Взрыво и пожароопасные помещения, жилые и торговые помещения	Не взрыво и пожароопасные помещения производств. промышл помещен.
1 2 3 4	Номинальный ток вставки предохранителя. Ток уставки АВ с максимальным мгновенным расцепителем. Номинальный ток расцепителя АВ с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой. Ток трогания расцепителя АВ с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой (при наличии отсечки на АВ)	1,25 1,25 1,0 1,0	1,0 1,0 1,0 1,0	1,0 1,0 1,0 0,8	0,33 0,22 1,0 0,8

В тех случаях, когда указанные выше соотношения не выполняются, желательно избегать завышения сечения S, например, выбирать АВ не с электромагнитными, а комбинированными расцепителями.

В случае, если требуемая длительность тока, выбранная по условиям нагрева не совпадает с требуемыми данными по приведенным выше условиям, допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения S, но не менее, чем это требуется по расчетному току.

Пример. От шинной сборки ШС-0,4 питается распределительный пункт РП, от которого с свою очередь питаются 7 электропотребителей: 5 заточных станков и 2 печи сопротивления. Непосредственно от ШС питаются токарный и фрезерный станки. (Данные сведены в таблицу)

Задание.

1. Определить сечение провода к РП.

2. Определить сечение провода к станкам 1 и 2.

3. Определить сечение провода к печи сопротивления №8.

4. Проверить выбранный провод к станку №2 на защиту от перегрузки с помощью плавких вставок.

Порядок расчета.

В таблице 10.4 приведены осредненные показатели нагрузок ЭП при мелкосерийном производстве.

Таблица 10.4.

№ по плану	Наименование механизма	Рном, квт	п, об/мин	cosφ	ηн,%	Iпус/Iн
1	Токарный станок	7,5 1,5 0,6	1500 1500 1500	0,87 0,81 0,76	88,5 80 72	7 7 7
2	Фрезерный станок	13 3 1,1 1,8 0,6	1500 1500 1500 1500 1500	0,89 0,84 0,80 0,78 0,76	88,5 83,5 78 74,5 72	7 7 7 7 7
3 4 5 6 7	Заточные станки	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5	3000 3000 3000 3000 3000	0,88 0,88 0,88 0,88 0,88	80,5 80,5 80,5 80,5 80,5	7 7 7 7 7
8 9	Печи сопротивления	35 35	- -	0,85 0,85	- -	- -

Рис. 10.1. План размещения ЭП металлообрабатывающего цеха.

Кроме того, коэффициент использования и cos φ для:

- металлорежущих станков k_i1=0,12; cos φ₁=0,4;

- печей с периодической загрузкой k_i2=0,5; cos φ₂=0,85

а) Рассчитываем расчетный ток I_р на распределительный пункт (РП).

1. Общее количество ЭП п=7, п₁=2.

2. Суммарная установленная мощность Σ Р_уст = 77,5 квт.

3. Суммарная установленная мощность крупных ЭП Σ Р_уст.1 = 70 квт.

4. Для заточных станков

Р_СМ,ГР.1=k_i1 P_у=0,12∙7,5=0,9 квт

Q _СМ,ГР.1= Р_СМ,ГР.1 tg φ₁=0,9∙2,29=2,06 квар,

для печей сопротивления:

Р_СМ,ГР.2=k_i2 P_у=0,5∙70=35 квт

Q _СМ,ГР.2= Р_СМ,ГР.2 tg φ₂=35∙0,62=21,7 квар.

5. Суммарные максимальные средние мощности:

Р_СМ,=∑ P_СМ.ГР=0,9+35 =35,9 квт

Q _СМ,= ∑Q_СМ.ГР.=2,06+21,7=23,76 квар,

6. Средневзвешенный tg φ=Q_СМ / Р_СМ=0,66; cosφ=0,83.

7. Относительное число крупных ЭП

п_* = 2/7=0,286

8. Относительная мощность крупных ЭП

9. Средневзвешенный коэффициент использования

10. Относительное значение эффективного числа ЭП (табл)

п _э* = 0,29.

11. Эффективное число ЭП

п _э= п _э* ∙п = 0,29 ∙ 7=2,03.

12. Так ка в расчетах п=7>3, а п_э<4, то расчетная нагрузка определяется из выражения

13. Расчетный ток ответвления на РП:

Из таблицы….. выбираем провод 3х50 одножильный марки АПРТО, проложенный в трубе. I_н = 130 А.

Расчетный ток ответвлений к станкам определяется как сумма I_н ЭД, если количество ЭД на ЭП не более трех. Если же число ЭД больше трех, то расчетный ток считается выше приведенными методами.

Номинальный ток ЭД рассчитывается:

б) К ответвлению 1 подключен токарный станок с ЭД Р_н1 = 7,5 квт; Р_н2 = 1,5 квт;

Р_н3 = 0,6 квт.

По таблице … выбираем трехжильный провод АПРТО в стальной трубе S=25мм² I_н=80А.

в) К ответвления 2 подключен фрезерный станок (5 – ЭД). Расчетный ток определяем по методу упорядоченных диаграмм

Э Д₁ I_н1 = 25,2 А

ЭД₂ I_н2 = 6,45 А I_Р = 27А

ЭД₃ I_н3 = 2,68 А По таблице…. выбираем провод АПРТО S=25мм² I_н=80А

ЭД₄ I_н4 = 2,1 А

ЭД₅ I_н5 = 1,67 А

Плавкая вставка выбирается из условий:

1) I_вст.≥I_p; 2) I_вст≥I_пик / 2,5, где I_пик = I_p +k I_н.б. - I_н.б I_p / ∑ I_н =

=27 + 7∙ 25 ∙ 2 –25,2∙27/38,1=185,2А

Выбираем ток вставки I_вст=35 А

По первому условию: I_вст >I_p; 35>27.

П о второму условию: I_вст>I_пик / 2,5=185,2/2,5=74 А 35>74

Условие не выполняется, поэтому выбирают вставку на ток I_вст=80A.

Проверим провод сечением 4 мм² на защищаемость от перегрузки.

, где k₃ = 1 (см. таблицу 10.3, k = 1 нормальные условия прокладки).

I_доп = 28А; так как неравенство не соблюдается, то выбранный провод сечением 4 мм² не будет защищен от перегрузки.

Следует приять S=25мм² I_н=80А.

Если бы линия не требовала защиты от перегрузки, то по таблице 10.3 k₃ = 33, тогда

28>26,4 и можно было бы принять сечение 4 мм² при номинальном токе 28А.

г) К ответвлению 8 подключена печь сопротивления

По таблице выбираем трехжильный провод марки АПРТО в стальной трубе S=25мм² I_н=80А.

10.7. В последнее время выключатели новых серий ВА50 заменяют выключатели устаревших серий А 3700, АЕ 2000 и др., а также серии АВМ и «Электрон» на токи до 1600А. Выключатели ВА75 заменяют АВМ и «Электрон» на токи до 4000А.

Новые серии выключателей решают многие проблемы защиты электрических сетей, возникающие в связи с ростом мощности ИП и соответствующим возрастанием тока к.з..

Уменьшенные при этом габариты выключателей позволяют значительно сократить размеры комплектных устройств (КТП, НКУ и т.п.). В зависимости от области применения и значения предельной коммутационной способности выключатели выбирают так, как указано в таблице 3.1. приложения III.

10. 9. Общие указания по выбору аппаратов управления и защиты.

Привы боре аппаратов управления следует учитывать в первую очередь режим работы для которого они предназначены. В зависимости от области применения аппаратов ГОСТ 12434-83Е устанавливает для них категории применения. См. таблицу.

Категории применения аппаратов в зависимости от рода тока и режима работы (области использования).

Категория применения		Область применения
При переменном токе	При постоянном токе
АС1 АС2 АС3 АС4 - АС11 АС20 АС21 АС22 АС23	ДС1 - - - ДС2 ДС3 ДС4 ДС5 ДС11 ДС20 ДС21 ДС22 ДС23	Электропечи сопротивления, неиндуктивная и мало индуктивная нагрузка. Пуск и торможение противовключением ЭД с фазным ротором. Пуск и отключение АД с к.з. ротором. Пуск и торможение противовключением АД с к.з. ротором. Пуск и отключение ДПТ с параллельным возбуждением. Пуск, отключение неподвижных или медленно вращающихся ЭД и торможение противключением ЭД с параллельным возбуждением. Пуск и отключение ДПТ с последовательным возбуждением. Что и ДС3, но ЭД с последовательным возбуждением. Управление электромагнитами. Коммутация электрических цепей без тока или с незначительным током. Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки. То же, что и АС21, ДС 21 но смешанных нагрузок. Коммутация АД или других высокоиндуктивных нагрузок.

Контакторы поворотные серии КТ6000 и К ТП 6000 следует применять только для управления ЭД осветительных металлургических механизмов в режиме работы АС4, ДС4 с числом включений более 300 в час при переменном токе более 40А и постоянном токе более 120А. См. приложение III.

При токах меньших значений следует использовать контактор серии МК1 – МК6 (приложение III).

В дальнейшем контакторы КТ6000 и КТП6000 планируется заменить контакторами новой серии КМ15.

Серия КМ15 рассчитана на напряжение до 660 В (частоте 50, 60 Гц), на номинальные токи от 160 до 630 А.

Контакторы должны допускать в режиме АС4 600 – 1200 включений в час при ПВ до 40% максимальный ресурс по износостойкости при исполнении А – 600000 циклов.

Более совершенны вакуумные контакторы КМ-13. Они рассчитаны на работу в сетях напряжением до 660В (частотой 50,60Гц) при номинальных токах

I_н = 250 А - КМ-13-35

I_н = 400 А - КМ-13-37

I_н = 630 А - КМ-13-39.

Максимальная коммутационная износостойкость приведена в таблице.

Тип контактора	Iном.р. в режиме АС3	Iном.р. в режиме АС4	Износостойкость в млн.
			АС3	АС4
КМ – 13 – 35 КМ – 13 – 37 КМ – 13 – 39	250 400 630	75 120 189	2,2 1,5 1,5	1,2 0,8 0,8