книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

ненпю с первым двигателем. Таким образом, второй двигатель меньшей мощности разовьет больший пусковой момент (0,444 > > 0,4) и двигатель с тем же насосом развернется.

Для протяженных ответвлений к двигателям с корот­ козамкнутым ротором допустимая потеря напряжения определяется из условий сохранения пускового момента, обеспечивающего разворот электропривода. Если началь­ ный момент сопротивления механизма обозначим в отно­ сительных единицах М"пр, номинальный пусковой момент

двигателя при пуске от полного напряжения М п, а для

успешного запуска двигателя необходим избыток по мо­ менту 10%, то

где UH— номинальное напряжение, В; Un — напряжение при пуске, В.

Например, М пр = 0,4, Мп = 1,2, тогда

т. е. при пуске двигателя потеря напряжения должна быть не более 39%. При крупных двигателях следует учитывать также потерю напряжения в магистрали и питающем трансформаторе. Величины М иѵ берутся из

справочника по электроприводам, а М и — из каталогов.

При работе двигателей в цеховых сетях допустимое отклонение напряжения составляет 5% (по расчетному току в рабочем режиме). При частых пусках крупных двигателей с большим пусковым током, создающим пико­ вый ток /пиК, допускается отклонение напряжения до 10%, а при редких пусках — до 15%. Этот предел обусловлен необходимостью сохранения в работе остальных двига­ телей в данной сети, так как напряжение отпадания кон­ такторов 0,8—0,75 номинального.

Допустимое отклонение напряжения на отдельных участках крановых сетей составляет (числитель — трех­ фазный ток, знаменатель — постоянный):

240

По условиям надежной работы катушек контакторов рекомендуется суммарное отклонение допускать не более 13%. Для сварочных машин отклонение напряжения не должно превышать 5—10% и для роликовых (шовная сварка) 3%. В осветительных сетях допускается отклоне­ ние напряжения на наиболее удаленной лампе до 2,5%. В цехах металлопокрытий отклонения напряжения на ваннах принимаются в пределах 10%. В электролизных установках — в зависимости от технологии.

Для отдельных потребителей устанавливаются спе­ циальные требования в отношении допустимых от­ клонений напряжения, например для ЭВМ и устано­

жесткие требования в отношении допустимого отклонения напряжения предъявляют осветительные установки. Так как в цеховых трансформаторах, питающих установки на­ пряжением до 1000 В, вторичное напряжение холостого хода выше номинального на 5% (с регулировкой в преде­ лах ± 5 % ), то в зависимости от загрузки трансформатора К 3 и coscp нагрузки потеря напряжения в самом трансфор­ маторе составляет менее 5%; соответственно получается «располагаемая» потеря напряжения, состоящая из до­ пустимого отклонения и остатка превышения напряже­ ния над номинальным на выходе трансформатора при данной нагрузке. Так, при совместном питании силовой и осветительной нагрузки от общего трансформатора мощ­ ностью до 400 кВ-А располагаемая потеря напряжения в осветительной сети составляет 3 %, а при мощностях свыше 400 кВ-А 3,5%. При раздельном питании силовых и осветительных приемников, когда трансформатор пи­ тает только освещение, потеря напряжения в нем умень­ шается и располагаемая потеря напряжения увеличива­ ется: при трансформаторах мощностью до 160 кВ-А до 5%, свыше 160 кВ-А до 5,5%.

Указанные величины допустимых и располагаемых потерь напряжения являются условными. Как показывают наблюдения и анализ отклонений и колебаний уровней напряжения в сетях предприятий, эти величины должны быть согласованы с уровнями напряжений в общей системе электроснабжения (см. § 12-1).

241

7-2. ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

При расчете токов короткого замыкания в цеховых сетях переменного тока до 1000 В необходимо учитывать активные сопротивления цепи, в том числе активные сопротивления контактов коммутационной аппаратуры, токовых обмоток автоматов и реле, обмоток трансформа­ торов тока и т. п. Общее их сопротивление может быть

что влияет на величину полного сопротивления цепи z. Вследствие значительной удаленности места корот­ когозамыкания (жрасч > 3) периодическая составляющая

сверхпереходного тока Г получается равной установив­ шемуся значению тока /да. Ударный коэффициент Ку при замыканиях на шинах 380—660 В цеховых ТП полу­ чается около 1,3, а в цеховых сетях — около 1,0.

Опыты, проведенные проф. О. Б. Броном [Л. 1-11], показали, что в реальных условиях значения токов к. з. получаются ниже расчетных и что имеется некоторый предел около 75 кА, выше которого токи к. з. не наблю­ даются. Это объясняется неполными металлическими за­ мыканиями вследствие больших электродинамических уси­ лий, возникающих при к. з. между токоведущими частями. Например, металлический предмет при набросе на шины 380 В будет отброшен в сторону, и величина тока к. з. будет значительно ниже по сравнению с тем случаем, когда этот предмет будет приболчен к шинам и на них будет подано напряжение, т. е. при чисто металличес­ ком к. з.

Тем не менее вопрос устойчивости токам к. з. в установ­ ках напряжением до 1000 В является актуальным. До последних лет разрывная мощность низковольтной аппа­ ратуры лимитировала мощность трансформаторов цехо­ вых ТП до 1000 кВ-А.

Сопротивления контактов в сетях до 1000 В можно учитывать введением в расчетную схему активного сопро­ тивления [Л. 1-7]:

а) для распределительных щитов на подстанциях 0,015 Ом;

б) для первичных цеховых распределительных пунк­ тов и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов ТП или от магистралей, 0,02 Ом;

242

в) для вторичных цеховых распределительных пунк­ тов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов, 0,025 Ом;

г) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов, 0,03 Ом.

Мощность к. з. на напряжении до 1000 В в основном зависит от реактивного сопротивления трансформатора цеховой ТП, и для практических расчетов можно пользо­ ваться кривыми для токов к. з., приводимыми в справоч­ никах. Кривые построены для различных мощностей трансформаторов, длин и сечений кабельных линий, от­ ходящих от распределительного щита ТП.

Особую проблему составляет расчет однофазных токов к, з. в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В. В этих сетях применяется система защитного заземления через нулевой провод, с отключением в воз­ можно короткое время замыкания на него плавким предо­ хранителем или автоматом. Ток однофазного к. з.

j n __________220_________

г0 — активное сопротивление фазного и нулевого прово­ дов; хт0, Хф0 — индуктивное сопротивление нулевой пос­ ледовательности трансформатора и цепи фаза-нуль.

Для успешной защиты персонала необходимо надеж­ ное отключение однофазного замыкания, т. е.' необходима достаточная величина тока / к .3 при данном сопротив­ лении цепи фаза-нуль.

Для уменьшения сопротивления нулевой последова­ тельности трансформатора необходимо применять схему соединения обмоток Д/Ун-И, а не схему У/Ун-12, которая при однофазных замыканиях между фазой и ну­ левым проводом создает неблагоприятные условия про­ хождению токов нулевой последовательности. Токи ну­ левой последовательности в первичных обмотках тран­ сформатора отсутствуют, а во вторичной обмотке они создают магнитные потоки Ф0, которые в каждое мгнове­ ние во всех трех стержнях направлены в одну сторону, вследствие чего вынуждены замыкаться через изолирую­ щую среду—стенки бака и стяжные болты. В результате сопротивление нулевой последовательности трансформа­ тора резко возрастает.

243

При схеме Д/Ун токи нулевой последовательности циркулируют в первичной обмотке внутри треугольника и не выходят из него в линию. Они находятся в противо­ фазе с токами нулевой последовательности вторичной обмотки, благодаря чему соответствующие магнитные по­ токи в стержнях не возникают и сопротивление нулевой последовательности трансформатора получается неболь­ шим, что важно для улучшения защиты от однофазных замыкании на землю [Л. 16-1].

Основное внимание должно быть обращено на индук­ тивное сопротивление цепи фазы-нуль. При протяженных ответвлениях к электроприемникам, выполняемых про­ водом в стальной трубе с использованием последней в качестве заземляющего (зануляющего) проводника или трехжильным кабелем в броне с прокладкой специального заземляющего проводника (стальной или алюминиевой полосы), ток однофазного замыкания на землю встречает большое индуктивное сопротивление нулевой последова­ тельности, обусловленное магнитным экраном трубы или брони. Вследствие этого ток получается недостаточным для сгорания плавкой вставки или отключения авто­ мата.

По ПУЭ ток однофазного замыкания на землю для надежного срабатывания защиты в установках, не опас­ ных по взрыву, должен быть не менее трехкратной вели­ чины тока плавкой вставки предохранителя или тока срабатывания автомата с зависимой характеристикой. При защите сетей автоматом с одним электромагнитным расцепителем с номинальным током, до 100 А кратность тока замыкания на землю должна быть не менее 1,4 и для автоматов с номинальным током более 100 А — 1,25.

Во взрывоопасных помещениях требования к крат­ ности тока замыкания на землю для автоматов с одним электромагнитым расцепителем сохраняются, для плав­ ких вставок увеличиваются до четырех, а для автоматов с зависимой характеристикой — до шести. На практике имеют место случаи, когда в вводной коробке электро­ двигателя короткое замыкание и горит дуга, а защита не срабатывает. Исследования, проводившиеся в СССР и за рубежом, показали, что заземляющие проводники или даже массивные стальные конструкции вне стальной тру­ бы или брони не играют никакой роли в снижении сопро­ тивления нулевой последовательности. Ток замыкания на землю по ним почти не идет, а возвращается по трубе или

244

оболочке кабеля, стараясь пройти путем с минимальным магнитным полем.

Этот вопрос чрезвычайно важен для взрыво- и пожа­ роопасных установок, имеющих протяженные ответвле­ ния к двигателям (при установке пускателей в специаль­ ных электропомещениях,особенно для многоэтажных соору­ жений). Согласно ПУЭ во взрывоопасных помещениях ис­ пользование в качестве заземления стальной трубы или свинцовой оболочки кабеля запрещено. При проводке в трубах заземляющий провод должен обязательно про­ кладываться внутри трубы; кабели со свинцовой оболоч­ кой должны применяться четырехжильными. Голый зануляющий провод, проложенный рядом с трехжильным кабелем со свинцовой оболочкой, создает очень большое сопротивление нулевой последовательности и не дает гарантийного отключения при однофазных замыканиях на землю. При кабелях с алюминиевой оболочкой поло­ жение улучшается — сопротивление нулевой последо­ вательности в этом случае настолько снижается, что отпадает необходимость в четвертой жиле. Необходимо только обеспечить надежный контакт этой оболочки в цепи заземления с обоих концов кабеля.

Восветительных сетях разрешение ПУЭ использовать

вкачестве обратного провода металлические конструкции здания рапространяется только на групповую сеть, а все

магистральные и питательные сети должны иметь нулевой провод, проложенный вместе с фазными проводами в об­ щей трубе, или выполняться четырехжил.ьными кабелями, если они имеют свинцовую оболочку.

7-3. ЗАЩИТА СЕТЕЙ И УСТАНОВОК

Для двигателей применяются следующие виды защит: 1) от перегрузки — тепловые или максимальные реле

с зависимой характеристикой; 2) от внутренних коротких замыканий — плавкие пре­

дохранители или автоматы с реле мгновенного действия; 3) от понижения напряжения питающей сети — удер­ живающие катушки магнитных пускателей или контак­

торов.

Для синхронных двигателей применяется также за­ щита от выпадания из синхронизма при помощи реле напряжения, включающего форсировку возбуждения (АФВ) при снижении напряжения до 0,85 номинального

245

й помогающего двигателю удержаться в синхронизме при снижениях напряжения, и максимально токовых реле с зависимой характеристикой, отключающих двигатель после выпадания его из синхронизма.

Тепловые реле для защиты от перегрузок выполняются по принципу нагревания током проводника, которое вы­ зывает одно из следующих явлений: 1) деформацию би­ металлической пластинки; 2) линейное удлинение метал-

Рис. 7-2. Защитные характеристики плавких вставок предохранителей ПИ2.

лической пластинки и 3) расплавление легкоплавкого металла. Тепловые реле для получения одинаковых тем­ пературных условий окружающей среды должны быть расположены в одном помещении с двигателями. Распо­ ложение тепловых реле непосредственно в пазу двигателей практического распространения не получило. Трудность подбора тепловых характеристик реле и обмоток двига­ телей, особенно при режимах ПНР, послужила поводом для отказа от тепловой защиты как неэффективной. Од­ нако в настоящее время отказ от тепловой защиты допус­ кается только для двигателей, работающих без пере­ грузки или находящихся под постоянным наблюдением персонала; во всех остальных случаях тепловая защита

246

является обязательной. Опыт эксплуатации двигателей до 1 000 В показывает, что наличие тепловой защиты, хотя и не совершенной, значительно снижает аварийность этих двигателей из-за перегрузки.

Во взрывоопасных установках положение осложня­ ется тем, что, как правило, пусковая аппаратура двига­ телей устанавливается в специальных электропомещениях, где температура может существенно отличаться от темпе­ ратуры окружающей среды двигателя. Сами тепловые реле термически неустойчивы к коротким замыканиям, и должны быть защищены плавкими предохранителями или автоматами без выдержки времени, устанавливаемыми на ответвлении к двигателю (в силовом шкафу или в ответ­ вительной коробке на шинопроводе).

Предохранители применяются в основном для защиты от коротких замыканий. Характеристики плавких вста­ вок предохранителей типа ПН-2 (насыпные) напряжением до 500 В представлены на рис. 7-2. Поскольку плавкие вставки допускают длительную перегрузку до момента плавления, они могут защищать от перегрузки только в том случае, если проводник будет выбран с запасом по пропускной способности не менее 25%. Ответвление к двигателю с короткозамкнутым ротором защищается не от перегрузки, а только от токов к. з.

Ток плавкой вставки, защищающей ответвление к дви­ гателю от токов к. з., но не перегорающей при пусковом токе, при редких пусках, А

Для тяжелых условий пуска двигателей с короткозам­ кнутым ротором (частые пуски и длительное развертыва­ ние), а также для двигателей с режимом ПКР

Выбранная таким образом плавкая вставка не защи­ щает ответвление от перегрузки, однако должно соблю­ даться соотношение

где /д — допустимый ток для данного сечения провод­ ника.

247

Автоматические выключатели выпускаются следующих серий:

1)АП50 до 50 А на напряжение 380 В переменного и 220 В постоянного тока с минимальным током расцепителя 1,6 А;

2)А3100 до 600 А на напряжение 500 В переменного и 220 В

постоянного тока;

Рис. 7-3. Защитные характеристики расцепителей автоматических выключателей АЗІЮ (а) и А3163 (б).

Н а к р и в ы х у к а з а н н о м и н а л ь н ы й т о к р а с ц е п и т е л я . А — с о б с т в е н н о е в р е м я в ы ­ к л ю ч а т е л я ; Г — л и н и я с р е д н и х т о к о в , п р и к о т о р ы х д е й с т в у е т м г н о в е н н о е о т ­ к л ю ч е н и е ; К — х а р а к т е р и с т и к а о д н о п о л ю с н о г о в ы к л ю ч а т е л я А 3 1 6 1 с т е п л о в ы м р а с ц е п и т е л е м 15 А ; 1 — т о к н а г р у з к и п р и к . з . , А .

Автоматы АП50 применяются в мелких установках. В промыш­ ленных установках наибольшее распространение имеют автоматы серии А3100. Они снабжаются нерегулируемыми расцепителями трех типов: тепловым с обратнозависимой характеристикой на токи до 50 А; электромагнитным с мгновенным (за 0,02 с) отключе­ нием и комбинированным с тепловым и электромагнитным эле­ ментами. На рис. 7-3 и 7-4 представлены защитные характеристики автоматов АЗІЮ и А3120—А3140. У автоматов с одним электро­ магнитным расцепителем зависимая часть характеристики отсут­ ствует. Фактические характеристики дают разброс для А3100 до

± 30% и для А3130 — А3140 до ± 15%.

Автоматы серии А3700 имеют зависимую часть характеристики с мгновенным отключением при 10-кратном токе расцепителя.

248

Рис. 7-4. Защитные характеристики расцепителей автома­ тических выключателей А3120, А3130, А3140.

Н а к р и в ы х у к а з а н н о м и н а л ь н ы й т о к р а с ц е п и т е л я . В — д л я A 3 1 2 0 п А 3 1 3 0 и В — д л я А 3 1 4 0 — с о б с т в е н н о е в р е м я в ы к л ю ч а т е л я ; Д — д л я А 3 1 2 0 , Е — д л я А 3 1 3 0 , Ж — А 3 1 4 0 л и н и и с р е д н и х т о к о в м г н о ­ в е н н о г о о т к л ю ч е н и я ; К — т о ж е , ч т о н а р п с . 7 -3 .

249