2. Тепловой расчет электрических сетей

Силовая сеть помещения выполнена по схеме рис. 1. Напряжение сети 380 В. Помещение относится к зоне класса по ПУЭ В – I или 21 по 123 Федеральному закону.

1. Расчёт ответвлений к электродвигателям.

Все электродвигатели защищаются от токов коротких замыканий (КЗ) плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитными расцепителями. В нашем случае для защиты электродвигателей от токов КЗ установлены автоматы с электромагнитными расцепителями (см. рис. 1 ниже).

От токов перегрузки защищают электродвигатели, которые установлены во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ В – I; B – Ia; B- II и B – IIa или по 123 Федеральному закону 1, 2, 21, 22 тепловыми реле магнитных пускателей. В остальных случаях электродвигатели защищают от перегрузки таким же образом только в случае, если возможна их механическая перегрузка.

Данные электродвигателей:

1.1. Определяем номинальные токи электродвигателей по формуле:

1.2. Определяем пусковые ток электродвигателей по формуле:

I_п.дв1-2=7,0ּ5,7=39,9 А; I_п.дв3-4=7,0ּ19,7=137,9 А; I_п.дв5-6=7,0ּ13,9=97,3 А;

I_п.дв7=7,0ּ9,1=63,7 А; I_{п.дв8-9-10}=6,5ּ13,8=89,7 А.

1.3. Определяем ток установки автоматов для защиты электродвигателей от токов КЗ по условию:

Для 1-2 и 7 электродвигателя выбираем автоматы АП-50 с комбинированным расцепителем (см. Л.2, табл. П10), а для остальных электродвигателей выбираем автоматы АЕ2053 с электромагнитным расцепителем (см. Л.2, табл. П11):

- для э/д 1-2 АП-50 с I_н.р.=6,4 А; I_ср.элм=45 А;

- для э/д 3-4 АЕ2053 с I_н.р.=20 А; I_ср.элм=240 А;

- для э/д 5-6 АЕ2053 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А;

- для э/д 7 АП-50 с I_н.р.=10; I_ср.элм=70 А;

- для э/д 8-9-10 АЕ2053 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А.

1.4. Для защиты электродвигателей от токов перегрузки выбираем номинальные токи тепловых реле магнитных пускателей по условию

I_н.тепл=(1,0÷1,2)I_н.дв: (см. Л. 2, табл. П12);

- для э/д 1-2 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ5,7=5,7÷6,8 А; ПМЕ-222 с ТРН-8; I_н.тепл=6,8А;

- для э/д 3-4 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ19,7=19,7÷23,6А;ПМЕ-222 с ТРН-20;I_н.тепл=20,0 А;

- для э/д 5-6 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ13,9=13,9÷16,6 А; ПМЕ-222 с ТРН-20; I_н.тепл=16 А;

- для э/д 7 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ9,1=9,1÷10,9А; ПМЕ-222 с ТРН-20; I_н.тепл=10 А;

- для э/д 8-9-10 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ13,8=13,8÷16,5 А; ПМЕ-222 с ТРН-20; I_н.тепл=12,5А.

1.5. Выбираем сечение проводов для ответвлений к электродвигателям. В соответствии с п.7.3.93 ПУЭ во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ (123 Федеральному закону) В-Iб, В-Iг (1 или 2), В-II (21), В-IIа (22) допускается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. Выбираем провод АПРТО (алюминиевый провод с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оплетке для прокладки в трубах см. ПУЭ табл. 1.3.5 и 7.3.14). Во взрывоопасных зонах классов

В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбор сечений проводов производится по условию (см. Л. 2, с. 140) I_д ≥1,25ּI_н.дв:

- для э/д 1-2 I_д ≥1,25ּ5,7=7,1 А, S_1-2=2 мм², I_д =14 А;

- для э/д 4-5 I_д≥1,25ּ19,7=24,6 А, S_4-5=6,0 мм², I_д=26 А;

- для э/д 5-6 I_д≥1,25ּ13,9=17,3 А, S_5-6=4,0 мм², I_д=21 А;

- для э/д 7 I_д≥1,25ּ9,1=11,3 А, S₇=2,0 мм², I_д=14 А;

- для э/д 8-9-10 I_д≥1,25ּ13,8=17,2 А, S_8-9-10=3,0 мм², I_д=18 А;

1.6. Проверяем соответствие защиты сечению проводов ответвлений к электродвигателям при защите от токов перегрузки по условию для взрывоопасных зон классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22), а также для жилых, общественных зданий, торговых, детских, лечебных, учебных заведений (п. 3.1.11 ПУЭ)

I_{н.тепл .}≤ 0,8I_д :

- для э/д 1-2 6,8 ≤ 0,8ּ14=11,2 А – условие выполнено;

- для э/д 3-4 20 ≤ 0,8ּ26=20,8 А – условие выполнено;

- для э/д 5-6 16 ≤ 0,8ּ21=16,8 А – условие выполнено;

- для э/д 7 60 ≤ 0,8ּ75=60 А – условие выполнено;

- для э/д 8-9-10 12,5 ≤ 0,8ּ18=14,4 А – условие выполнено;

Таким образом, сечения для ответвлений к двигателям принимаем:

S_1-2=2, мм², I_д =14 А; S_4-5=6,0 мм², I_д=26 А; S_5-6=4,0 мм², I_д=21 А;

S₇=2,0 мм², I_д=14 А; S_8-9-10=3,0 мм², I_д=18 А;

2. Расчет силовых магистралей.

Магистрали защищают только от токов короткого замыкания (плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитным расцепителем, см. Л.3, с. 17). В нашем случае, когда ответвления от короткого замыкания защищаются автоматами с электромагнитным расцепителем, целесообразно и силовые магистрали защищать такими же автоматами.

Так как номинальные и пусковые токи электродвигателей определены выше, то дальнейший порядок расчета силовых магистралей следующий:

2.1 Определяем максимальный ток магистрали по формуле

где I_п.дв.max– наибольший пусковой ток двигателя, включенного в магистраль;

I_н.дв.i – номинальный ток i-го двигателя ;

К_с – коэффициент спроса (см. Л. 8);

У нас две силовые магистрали (см. рис. 1), поэтому рассчитываем каждую из них:

2.2 Выбираем установки автоматов по условию I_{ср.элм 1}≥1,25ּI_м:

I_{ср.элм 1}≥1,25ּ141,6 =177 А;

I_{ср.элм 2}≥1,25ּ73,5 =91,9 А.

По табл. П11 [Л. 2] для первой магистрали выбираю автомат АЕ2053 с электромагнитным расцепителем с I_{ср.элм 1}=192 А, и для второй магистрали такой же автомат с I_{ср.элм 2}=192 А.

2.3 Выбираем сечение проводников для магистралей 1 и 2 по условию :

Для силовых магистралей выбираю трехжильный провод АПРТО, прокладку будем осуществлять в трубах. Сечение выбираем по табл. 1.3.5 ПУЭ:

- для магистрали 1 S₁=25 мм², I_д.м1=65А;

- для магистрали 2 S₂=10 мм², I_д.м2=38 А.

2.4 Проверяем соответствие защиты сечению проводов магистралей по условию

I_ср.элм≤4,5ּI_д:

- I_ср.элм1≤4,5ּI_д.м1 177 ≤4,5∙65=292,5 А – условие выполнено;

- I_ср.элм2≤4,5ּI_д.м2 91,9≤4,5∙38=171 А – условие выполнено.

2.5 Так как в силовой сети установлены автоматы с электромагнитным расцепителем, то селективность защиты ими в зоне токов КЗ не обеспечивается, т.е. если ток КЗ достигает и для ответвления и для магистрали значения тока срабатывания их электромагнитных расцепителей, то оба автомата сработают практически мгновенно.

3. Расчет сети освещения.

Согласно ПУЭ от токов КЗ должны защищаются все осветительные и силовые сети [Л. 1, п. 3.1.8]. Защите от токов перегрузки подлежат сети всех видов во взрывоопасных зонах, за исключением зон B-Iб и B-Iг (1 или 2) [Л. 1, п. 7.3.94].

В нашем примере сеть освещения выполнена по схеме, представленной на рис. 2, приведенной ниже. Напряжение сети освещения U=220 В, мощность светильников Р_св.=200 Вт, количество светильников 32 шт. Включение их в группы показано на рис. 2.

Расчет осуществляем в следующей последовательности:

3.1. Определяем расчетные токи, потребляемые группами 1-2 и группой 3-6 по формуле

где К_с- коэффициент спроса (для сетей освещения до 380В К_с=1);

n_1-6 – количество светильников в группах 1-6;

Р_св. – мощность светильника, Вт;

U – напряжение сети освещения, В:

3.2. Выбираем номинальные токи плавкой вставки предохранителя для групп светильников 1-2 и 3-6 по условию

I_{н.вст.1-2}≥5,45 А; I_{н.вст.3-6}≥4,54 А.

Из [Л.2, приложение П7] выбираем для всех 6 групп освещения предохранители ПР-2, I_н.вст.=6 А.

3.3 Выбираем сечение провода АПРТО при прокладке в трубах по [Л. 1, табл.1.3.5].

В [Л.2, с. 141] указано, что сечения жил при защите сетей от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбирают по условию I_д ≥ 1,25 I_н.вст., поэтому для всех 6 групп освещения имеем:

I_д ≥1,25ּ6=7,5 А.

А из табл. 1.3.5, [Л.1] для этого тока выбираем двухжильный провод минимального сечения S=2мм², для которого I_д =17 А.

3.4 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для групп освещения и сечений проводов по условию [Л. 4, с. 45]

I_н.вст. ≤ 0,8ּI_д,

т.е. имеем 6≤0,8ּ17=13,6 А – условие выполнено.

3.5 Определяю токи магистрали освещения I_м1:

где n_м1 – количество светильников, получающих питание по первой магистрали освещения. Следовательно,

3.6 Выбираю номинальные токи плавких вставок предохранителей для магистрали освещения по условиям:

I_{н.вст.м1} ≥ I_м1.

В соответствии с этими условиями из [Л.2, приложение П7, с. 389] для магистрали освещения выбираю предохранитель ПР-2 и I_{н.вст.м1}=35 А (I_{н.предохранителя1}=60).

3.7 Выбираем сечения двухжильных проводов АПРТО для магистрали освещения при прокладке в трубах по табл.1.3.5 ПУЭ:

S_м1=3 мм².

Этому сечению соответствует длительно допустимый ток

I_д.м1=18А.

3.8 Проверяем селективность действия защиты групп и магистрали освещения по условию [Л.2, с. 107]:

- для нашей магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней

откуда после подстановки значений имеем - условие выполнено;

3.9 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для магистралей освещения и сечений проводов магистрали освещения по условиям при защите от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22):

I_{н.вст.м1} ≤ I_д.м1, откуда после подстановки значений имеем 35 ≤ 18 – условие не выполнено, поэтому для нашей магистрали выбираем сечение S_м2 = 10 мм², которому соответствует I_д.м2 =38 А. Тогда 35≤ 38 – условие выполнено.

Рис.2 Схема сети освещения