26

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «ГОРНЫЙ»

Филиал горного университета «Хибинский технический колледж»

ВЫБОР ПУСКАТЕЛЕЙ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ ГОРНЫХ РАБОТ

и

ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Методическое пособие по выполнению практических работ,

курсовых и дипломных проектов.

для специальностей:

140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

130405 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Кировск

2013

РАССМОТРЕНО УТВЕРЖДАЮ

На заседании ЦК ГЭМ

Зам. директора по УМР

Протокол №

___ ______ В. А. Ганичева

Председатель ЦК ГЭМ «_15___»_дек_____2013 «____»_______2013

____________Е.В. Саяпина

Разработал: преподаватель ХТК

______________ А.И. Назаров

Методист:

______________Е.А. Ярославцева

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Выбор пускателей и автоматов для горных работ..……… ….3

Приложения к разделу 1……...…………………………………………..11

Контрольное задание 1……………………………………………………14

Раздел 2. Выбор пускателей и автоматов общепромышленных………..15

Контрольное задание 2……………………………………………………20

Приложения к разделу 2…………………………………………………...21

Литература………………………………………………………………….26

Раздел 1.

ВЫБОР ПУСКАТЕЛЕЙ И АВТОМАТОВ ДЛЯ ГОРНЫХ РАБОТ.

Пояснительная записка.

На горных работах применяется специальное оборудование для управления и защиты электродвигателей, - это пускатели и автоматические выключатели в рудничном нормальном и рудничном взрывобезопасном исполнении. В последнее время появились пускатели и автоматы новых серий, имеющие вакуумные контакторы и электронные блоки управления, и защиты, что позволяет повысить надежность применяемого оборудования. Настоящее пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков студентов при выборе рудничных аппаратов управления. Здесь рассматривается применение пускателей прямого пуска.

1. Методика расчета и выбора пускателей и автоматических

выключателей.

Пускатели и автоматические выключатели выбираются с учетом условий эксплуатации; номинальных напряжений и тока; предельного тока отключения; токов уставок блоков максимальной защиты (УМЗ или ПМЗ), токов уставок защиты от перегрузок (блоков ТЗП). В рудничных пускателях и автоматах новых серий ПР и ВР выбираются токи расцепителей перегрузки и расцепителей короткого замыкания (КЗ). При этом необходимо иметь ввиду, что разные типы пускателей и автоматов имеют различные виды и устройства защиты. В ходе расчета находятся рабочий и пусковой токи, вычисляются токи уставок срабатывания устройств защиты, проверяется чувствительность защиты.

Итак, нужно помнить:

- в пускателях ПВИ, ПВВ, ПВ и в автоматах ВРН, АВ - установлены блоки УМЗ или ПМЗ для максимальной токовой защиты;

-в пускателях ПР, автоматах ВР – установлены электронные расцепители перегрузки и расцепители КЗ;

-в пускателях ПРН - установлены тепловые (токозависитмые) реле перегрузки или блоки токовой защиты от перегрузки ТЗП.

Условия выбора:

По условиям эксплуатации – в шахтах опасных по газу и пыли следует выбирать оборудование в исполнении РВ, РВ-И, а в рудниках не опасных по газу и пыли – в исполнении РН;

По номинальному напряжению – Uном. аппарата ≥ Uраб.

По номинальному току - I ном. апп. ≥ I раб.

По току отключения - Iмакс. откл. ≥ I КЗ

По току расцепителя перегрузки I р.п. ≥ (1,05-1,1) Iраб

По току расцепителя КЗ Iр.к. ≥ Iпуск.

По току срабатывания блока УМЗ, ПМЗ Iу ≥ Iпуск.

Порядок расчета.

0. Записываются данные электроприемников (например – электродвигателей): тип двигателей, и их номинальные параметры: P_ном; U_ном; I_ном; I_пуск; cosφ; частота вращения n;

1. Рассчитываются рабочие и пусковые токи электроприемников (если они не даны). Рабочие токи рассчитываются с учетом коэффициента загрузки, который вычисляется как отношение расчетной (заданной) мощности электроприемника к паспортной (номинальной) мощности; рабочие токи необходимы для выбора сечения проводников.

2. Выбираются предварительно типы пускателей и автоматов и их исполнение по виду взрывозащиты в зависимости от условий окружающей среды (поверхность, рудник, шахта опасная по газу и пыли); каждый электроприемник должен управляться своим пускателем, а группа должна иметь общий автомат.

3. Определяется, какие виды защит имеются в выбранных аппаратах (максимальная токовая защита МТЗ (расцепитель КЗ) или токовая защита от перегрузок ТЗП (тепловое реле, расцепитель перегрузки));

4. Производится расчет токов уставок защиты для каждого пускателя:

5. --МТЗ, расцепителя КЗ: I_у.м ≥ I_{ном пуск электродвигателя};

-ТЗП, расцепителя перегрузки: I_у.т ≥ (1,05 ÷ 1,1) I_{ном раб электродвигателя};

0. Выбираются стандартные уставки блоков УМЗ или ПМЗ для пускателей ПВИ, ПВ, ПВВ, автоматов ВРН, АВ. (см. приложения). Если пускатель имеет токовую защиту от перегрузок, стандартная уставка МТЗ не выбирается, т.к. ее нет. Если пускатель имеет блок ТЗП, то стандартные уставки выбираются в следующих значениях от номинального тока аппарата: 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 • I_{ном пускателя};. Если пускатель имеет расцепители перегрузки и КЗ, - по таблицам выбирается соответствующая ступень расцепителя.

1. Определяется расчетный рабочий ток группы потребителей для выбора автомата, который должен выдерживать нагрузку всей группы:

I_{ном а} ≥ I_гр, после чего выбирается тип автомата;

I _гр = I_ном1 + I_ном2 + I_ном3 + …

0. Рассчитываются ток уставки (срабатывания) МТЗ автомата:

I_уа ≥ I_{пуск макс} + ∑I_{ном. раб. остальных приемников};

Если выбран автомат ВРН или АВ, то принимается ближайшая большая стандартная уставка блоков УМЗ или ПМЗ, и указывается номер ступени блока.

Если выбран автомат ВР, то принимается ближайшая большая величина тока расцепителя КЗ.

0. Проверяется чувствительность защиты;

1. Заполняется схема электроснабжения.

ПРИМЕР 1.

Выбрать пускатели и автоматический выключатель для управления группой электродвигателей в шахте, опасной по газу и пыли при напряжении 660 В.

Данные приемников см. в таблице 1.

Таблица 1 – Данные электроприемников

Тип двигателя	Pрасч., кВт	Р ном., кВт	Iном, А	Iпуск/Iном
ВР – 250 М4	90	90	95	6,5
ВР – 200 М4	45	45	49	6,3
ВАО – 280 L4	200	200	210	6,5

Ток КЗ в конце линии I_к⁽²⁾ = 2900 А;

Решение.

1 Выбираем электродвигатели.

2.1. Находим рабочие токи двигателей. Если расчетная мощность двигателей равна паспортной, то рабочий ток равен номинальному (паспортному). Если расчетная мощность меньше паспортной, то рабочий ток будет меньше номинального в соответствии с величиной коэффициента загрузки. В данном случае Р _расч. и Р _ном. совпадают.

2.1. Находим пусковые токи двигателей:

I_пуск = I_ном

Первого двигателя: I_пуск1 = 95•6,5 = 618 А;

Второго двигателя: I_пуск2 = 49•6,3 = 308 А;

Третьего двигателя: I_пуск3 = 210•6,5 = 1365 А;

2.2. Выбираем пускатели ПВИ и автоматы АФВ или АВ, т. к. шахта опасна по газу и пыли:

у ПВИ – имеется максимальная защита – УМЗ (см. приложение);

у АФВ – также максимальная защита (см. приложение)

2.3. Токи уставок срабатывания максимальной защиты для пускателей:

I_у ≥ I_пуск;

2.3.1. Первого пускателя: I_ном1 = 95А, I_у1 ≥ 618А , выбираем пускатель ПВИ – 125, т. к. 125А > 95А и по таблице приложения – стандартную уставку I_у1 = 650А, что соответствует 9 ступени блока УМЗ аппарата с номинальным током 125А;

2.3.2. Второго пускателя: I_у2 ≥ 308А – выбираем пускатель ПВИ – 63, т. к. 63 > 49А и по таблице приложения – стандартную уставку I_у2 ≥ 325А, что соответствует 9 ступени блока УМЗ аппарата с номинальным током 63А;

2.3.3. Третьего пускателя: I_у3 ≥ 1365А – выбираем пускатель ПВИ 250, т. к. 250 > 210А и по таблице приложения – стандартную уставку I_у3 = 1400А, что соответствует 10 ступени блока УМЗ аппарата с номинальным током 250А;

2.4. Рабочий ток группы потребителей: I_{ном раб гр} = I_н1 + I_н2 + I_н3 =95 + 49 + 210 = 354 А;

2.5. Принимаем автомат для группы приемников при U = 660 В АФВ-3 с I_ном = 500А, т. к. 500 > 354 А;

2.6. Ток срабатывания МТЗ автомата (см. п. 1.8) : I_уа= I_пуск3 + I_ном1 + I_ном2 = 1365 + 95 + 49 = 1509 А. Принимаем стандартную уставку МТЗ из таблиц приложения I_уа = 1750А, т. к. 1750 > 1509А;

2.7. Проверяется чувствительность защиты по условию:

К_ч = ≥ 1,5;

1. Для пускателей: Первого: К_ч1 = = 4,46 ≥ 1,5, подходит;

Второго: К_ч2 = = 8,9 ≥ 1,5, подходит;

Третьего: К_ч3 = = 2,07 ≥ 1,5, подходит;

2. Для автомата:

К_ча = = 1,65 ≥ 1,5, подходит;

7. Как видно из расчета – выбранные уставки обеспечивают защиту от коротких замыканий, которые могут возникнуть при эксплуатации данных приемников;

Составляем схему (см. рис. 1), куда заносим все исходные и расчетные данные:

АФВ-3

ПВИ-125

ПВИ-63

ПВИ-250

2900

I_ном, А

I_у, А

I_к⁽²⁾, А

Номер по плану

Тип двигателя

P_ном, кВт

I_раб., А

I_пуск, А

ВР-250М4

ВР-200М4

ВР-280L4

200

45

90

210

49

95

1365

308

618

Рисунок 1- Схема питания группы электродвигателей.

Ответ: Выбранные аппараты управления обеспечивают работу электрооборудования в нормальном режиме и защиту от коротких замыканий.

ПРИМЕР 2

Выбрать пускатели и автоматический выключатель для управления группой электродвигателей в руднике, не опасном по газу и пыли при напряжении 660 В. Расчетная мощность двигателей: 87 кВт, 41 кВт и 190 кВт. Ток КЗ в конце линии I_к⁽²⁾ = 2900 А;

Решение.

1. Принимаем электродвигатели серии ВР, так как работа предусматривается в условиях подземного рудника.

2. Выбираем из справочников по заданной мощности соответствующие двигатели. Поскольку в задании ничего не сказано о скорости вращения, -принимаем двигатели с синхронной частотой вращения 1500 об./мин. (число полюсов - 4). Данные электродвигателей приводим в таблице 1.

Таблица 1 – Данные электроприемников

Тип двигателя	P расч.., кВт	Р ном., кВт	Iном, А	Iпуск/Iном
ВР – 250 М4	87	90	95	6,5
ВР – 200 М4	41	45	49	6,3
ВАО – 280 L4	190	200	210	6,5

2. Находим рабочие токи двигателей. Они могут быть меньше номинальных (но не больше). Если расчетная мощность двигателей равна паспортной, то рабочий ток равен номинальному (паспортному). Если расчетная мощность меньше паспортной (как в нашем примере), то рабочий ток будет меньше номинального в соответствии с величиной коэффициента загрузки Кз. В данном случае Р _расч. и Р _ном. не совпадают. Коэффициент загрузки: Кз=Ррасч. / Рном.

Рабочий ток первого двигателя :

I_{раб. 1} =I_{ном. 1} Р_расч.1 / Р_{ном. 1} = 95 87 / 90 = 91, 8 А

Аналогично рассчитываем рабочие токи остальных двигателей:

Они равны соответственно:

I_раб.2 =I_{ном. 2} Р_расч.2 / Р_{ном. 2} = 49 41/ 45 = 46, 6 А

I_{раб. 3} =I_{ном. 3} Р_расч.3 / Р_{ном. 3} = 210 190 /200 = 199, 5 А

4. Находим пусковые токи двигателей:

I_пуск = Iном

Первого двигателя: I_пуск1 = 95•6,5 = 597,6 А

Второго двигателя: I_пуск1 = 49•6,3 = 293,6 А;

Третьего двигателя: I_пуск1 = 210•6,5 = 1296 А;

5. Выбираем пускатели. Так как рудник не опасен по газу и пыли, можно принять пускатели рудничного нормального исполнения ПРН или ПР. Поскольку пускатели серии ПР имеют расцепители перегрузки и короткого замыкания, а пускатели ПРН – имеют защитные устройства только от перегрузки, то принимаем более современные пускатели ПР.

Выбираем для первого двигателя по рабочему току 91,8 А из справочной таблицы 7 пускатель ПР-100 М на номинальный ток 100 А, так как 100 больше, чем 91,8 А, следовательно – пускатель выдержит данный ток двигателя.

Для второго двигателя выбираем пускатель из таблицы 7 на ток не менее 46,6 А , принимаем ПР-63М на ток 63 А, так как 63А больше, чем 46,6А.

Для третьего двигателя выбираем аналогично из таблицы 7 пускатель ПР-250 М, так как 250 больше, чем 199,5.

6. Выбираем расцепители перегрузки. Уставка расцепителя перегрузки выбирается в зависимости от рабочего (номинального) тока:

I р.п. ≥ (1,05-1,1) Iраб.

Для первого пускателя:

I р.п. 1 ≥ 1,1 Iраб.1 = 1,1 91,8 = 100,0 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-100 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 100 А , - это будет 16-я ступень с током 100 А.

Для второго пускателя:

I _р.п.2 ≥1,1 I_раб.2 = 1,1 46, 6 А = 51,3 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-63 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 51,3 А, - это будет 52 А (у данного пускателя ступени не указаны).

Для третьего пускателя:

I _р.п.3 ≥1,1 I_раб.3 = 1,1 199,5 = 219 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-250 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 219 А, - это будет 220 А, что соответствует 13-ой ступени.

7. Выбираем расцепители короткого замыкания. Уставки расцепителей КЗ выбираются в зависимости от пусковых токов приемников электроэнергии:

Iр.к. ≥ Iпуск.

Для первого пускателя:

Iр.к. ₁ ≥ Iпуск.₁ = 597,6 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя

ПР-100 М ток расцепителя КЗ 0,6 кА или 600 А, что соответствует 4-ой ступени. 600 А > 597,6 А

Для второго пускателя:

Iр.к.₂ ≥ Iпуск_.2 = 293,6 А, принимаем для пускателя ПР-63 М ток расцепителя КЗ 12 I ном. (других нет), что соответствует 12 х 63 = 726 А. 726 > 293,6

Для третьего пускателя:

Iр.к. ₃ ≥ Iпуск.₃ = 1296 А, принимаем для пускателя ПР-250 М ток расцепителя КЗ 1,3 кА или 1300 А, что соответствует 5-ой ступени. 1300 >1296.

8. Проверяем чувствительность защиты для расцепителей КЗ пускателей:

Коэффициент чувствительности защиты должен быть не менее 1,5.

Для первого пускателя:

Кч₁=Iк : Iр.к.₁ =2900 : 600 = 4,8, что больше 1,5

Для второго пускателя:

Кч₁=Iк : Iр.к.₂ =2900 : 726 = 3,9, что больше 1,5

Для третьего пускателя:

Кч₃=Iк : Iр.к.₃ =2900 : 1300 = 2,2, что больше 1,5

Таким образом коэффициенты чувствительности защиты соответствуют предъявляемым требованиям правил.

9. Выбираем автомат для управления и защиты всей группы. Автомат выбираем по условиям эксплуатации, по суммарному рабочему току, по току расцепителей перегрузки и короткого замыкания.

Принимаем автомат рудничного нормального исполнения, так как рудник не опасен по газу и пыли. Из автоматов ВРН и ВР принимаем более современный автомат серии ВР, так как он имеет более прочный корпус и имеет расцепители перегрузки и КЗ, а автомат ВРН – только блок ПМЗ.

10. Определяем суммарный рабочий ток группы:

Iгр. = I₁ + I₂ + I₃ = 91,8 + 46,6 + 199,5 = 337,9 А, принимаем из таблицы 4 автомат ВР-400 с номинальным током 400 А, что больше, чем 340, следовательно автомат подходит.

Выбираем расцепитель перегрузки автомата.

Iр.п ≥ 1,1 Iгр. = 1,1 337,9 = 371 А, - принимаем для автомата ВР-400 в таблице 5 ток уставки расцепителя перегрузки 400 А, что соответствует 16-ой ступени расцепителя.

11. Выбираем расцепитель КЗ для автомата. Условие выбора:

Iр.к. ≥ Iпуск. макс. + Σ I раб. остальных двиг. = 1296 + 91,8 + 46,6 = 1434,5 А, - принимаем для автомата ВР-400 из таблицы 5 ток расцепителя КЗ 1,6 кА = 1600 А, что соответствует третьей ступени расцепителя КЗ, т. к. 1660 > 1434,5.

11. Проверяем чувствительность защиты для группового автомата.

Кч = Iк : Iр.к. = 2900 : 1600 = 1,8, что больше, чем 1,5.

Таким образом выбранные пускатели и автоматический выключатель обеспечат надежное управление и защиту указанных в условии электродвигателей.

Составляем схему (см. рис. 2), куда заносим все исходные и расчетные данные:

Тип двигателя

Мощность, Р ном.

Ток номин., Iном.

Ток пусковой, Iпуск

это пример оформления схемы к типовой задаче,

числа здесь взяты из другого варианта

Рисунок 2 – Пример оформления схемы электроснабжения к задаче 2