Введення в спеціальність

64

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Визначити допустиме струмове навантаження для кабеля з алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією при наступних умовах:

Завдання 2. Визначити допустиме струмове навантаження на трижильний кабель з алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією на напругу до 3000 В, прокладений в траншеї, при наступних умовах:

9

Завдання 3. Визначити допустиме навантаження на прокладені Алюмінієві дроти з гумовою і поліхлорвініловою ізоляцією, по яких отримує живлення електроустаткування з повторно-короткочасним режимом роботи. Температура приміщення, в якому прокладені кабелі, 25 0С.

10

63

62

Контрольні питання

1.Яке призначення електричних мереж?

2.Що називають повітряною лінією?

3.Що називають кабельною лінією?

4.Що називають електропроводкою?

5.Які типи виконання електропроводок розрізняють?

6.Що являють собою струмопроводи?

7.Яким чином визначається найбільша допустима температура для проводів і кабелів?

8.Що є причиною швидкого зношення ізоляції і скорочення терміну служби електропроводки?

9.Яким чином обмежується величина струмового навантаження на провідник заданого перетину?

10.Які найбільші допустимі температури при нагріванні провідників тривалим струмовим навантаженням допускають ПУЕ?

11.Від чого залежать допустимі струмові навантаження?

12.Які умови вважаються нормальними при прокладці проводів і кабелів?

11

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

Тема роботи: Вибір максимального струмового захисту

Мета роботи: навчитись виконувати розрахунок та вибирати плавкі вставки для запобіжників, встановлених на робочому електрообладнанні при заданому режимі роботи

Теоретична частина

При експлуатації електричної мережі в окремих її ділянках бувають порушення нормального режиму роботи і в провідниках можуть виникнути струми, що перевищують розрахункові. Можливе, наприклад, збільшення струму лінії у зв'язку з перевантаженням двигуна. Збільшення струму при перевантаженні, як правило, буває невеликим, в межах не вище за декілька десятків відсотків номінального навантаження. Інший вид порушення нормальної роботи мережі - коротке замикання - пов'язаний в більшості випадків з різким збільшенням струму до декількох десятків і навіть сотень тисяч ампер.

Коротке замикання (КЗ) може викликати пожежу із-за займання покриття дроту. Ще більш небезпечні наслідки може спричинити за собою коротке замикання у вибухонебезпечному приміщенні, де доводиться приймати до уваги можливість вибуху.

В порівнянні з цим менш небезпечне для провідників перевантаження. Короткочасне перевантаження провідників не представляє для них і для навколишнього середовища безпосередньої небезпеки. Проте тривалі перевантаження ведуть до зношення ізоляції і зниження її ізоляційних властивостей.

Захист мережі від коротких замикань є обов'язковим у всіх випадках і час його дії повинен бути мінімальним для зменшення теплової дії струмів короткого замикання.

Перевантаження є менш небезпечним і у ряді випадків допускається відмова від застосування захисту проводів і кабелів від перевантаження.

Захист проводів і кабелів електричних мереж напругою до 1000 В здійснюється плавкими запобіжниками, автоматичними вимикачами з тепловими і електромагнітними розмикачами та магнітними пускачами або контакторами з тепловими реле.

Найбільш простим і дешевим захисним апаратом є плавкий запобіжник. Його захисним елементом є плавка вставка, що включається послідовно в коло струму. При збільшенні струму лінії вище певної величини температура плавкої вставки підвищується і відбувається її розплавлення, коло струму розривається, оберігаючи дріт лінії від неприпустимого перегріву.

12

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Виконати розрахунок повітряної лінії згідно свого варіанту Завдання 2 з Лабораторної роботи № 4 за допомогою таблиці питомих втрат напруги.

Завдання 2. Визначити перетин проводів розрахункової схеми лінії. Виконати підрахунок для декількох варіантів виконання ділянок лінії проводами різних перетинів і вибрати найкращий варіант за умовою мінімуму витрати кольорового металу.

Повітряна чотипровідна лінія трифазного змінного струму напругою 380/220 В живить ряд виробничих будов з дрібнодвигуновим навантаженням: слюсарно-механічну майстерню, пилораму і т.д. Розрахункова схема лінії представлена на рисунку в таблиці варіантів завдання, на якому навантаження вказані в кіловатах і довжини - в кілометрах.

61

Отримана величина втрати напруги не перевищує допустимого значення. Величину втрати напруги до точки В можна не визначати, оскільки її величина буде менше 5,3%.

Контрольні питання

1.Як виконують вибір перетину проводів по заданій втраті напруги з урахуванням індуктивного опору ліній?

2.Що являє собою втрата напруги і як її визначають ?

3.В чому вимірюють суму моментів навантажень?

4.Що являють собою питомі втрати напруги і як їх визначають?

5.Як визначають втрати напруги в лінії при заданому перетині?

6.Як визначають перетин провідників при заданій втраті напруги?

7.Чи можна метод питомих навантажень застосувати для розрахунку мережі без урахування індуктивного опору лінії?

60

Практична частина

Вибір запобіжників. Плавка вставка запобіжника вибирається за номінальним струмом. Шкали номінальних струмів плавких вставок найбільш вживаних запобіжників типу ПР-2 і ПН-2 приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 – Шкала номінальних струмів плавких вставок запобіжників типів ПР-2 і ПН2

При виборі плавких запобіжників слід забезпечити виконання двох умов.

Перша умова - номінальний струм плавкої вставки (А) повинен бути не менше тривалого розрахункового струму лінії

де Iтр - тривалий розрахунковий струм лінії, А.

Друга умова пов'язана з необхідністю запобігти перегоранню плавкої вставки від короткочасних стрибків струму, викликаних пуском двигунів з короткозамкнутим ротором, оскільки при пуску двигуна з короткзамкнутим ротором виникає пусковий струм, що перевищує номінальний струм двигуна в 4-7 разів.

Величина пускового струму двигуна (А) визначається за формулою

де Iн.дв. - номінальний струм двигуна, A;

Кi - кратність пускового струму, що показує, в скільки раз пусковий струм двигуна більший від номінального.

13

Величини Кi і Iн.дв. визначаються згідно каталогів або довідників. Щоб плавка вставка не розплавилася від пускового струму при пуску

двигуна, повинна виконуватися одна з наступних умов.

1) При захисті відгалуження до одиночного двигуна з нечастими пусками при тривалості пускового періоду не більше 2-2,5 с (двигуни металообробних верстатів, вентиляторів, насосів і т. п.)

II п А. (3)

в2.5

2)При захисті відгалуження до одиночного двигуна з частими пусками (двигуни кранів) або з великою тривалістю пускового періоду (двигуни центрифуг, дробарок, навантажених транспортерів і т. п.)

(* - величина знаменника у формулі (4) приймається залежно від умов пуску двигуна: чим важчий пуск, тим меншим приймається знаменник).

3) При захисті магістралі, що живить силове або змішане навантаження

У останніх трьох формулах Іп – це пусковий струм двигуна, А; Ікр - максимальний короткочасний струм лінії (А), рівний

де І’п - пусковий струм двигуна, при пуску якого короткочасний струм лінії досягає найбільшої величини, А;

І’тр. - тривалий розрахунковий струм лінії до моменту пуску двигуна, який визначається без врахування робочого струму двигуна, що запускається, А.

При виборі плавкої вставки її номінальний струм повинен задовольняти співвідношенню (1) і одному з трьох співвідношень: (3), (4) або (5) залежно від умов пуску двигуна і від призначення лінії (відгалуження до двигуна або магістраль).

Розглянемо випадок, коли асинхронний двигун типу А2-92-6, з’єднаний з вентилятором, має наступні технічні дані:

-номінальна потужність Рн = 74 кВт;

-номінальна напруга Uн = 380 В;

-номінальний струм статора Iн.дв. = 135 А;

-кратність пускового струму Ki = 6,9.

14

Довжини ділянок струмопроводу вказані на схемі в метрах, навантаження - в кіловатах. Навантаження вздовж струмопроводів розподілено рівномірно. Haпруга мережі 380 В, коефіцієнт потужності навантаження 0,75.

Вибрати струмопроводи по величині струму навантаження і визначити втрату напруги до точок В і Г.

У табл. А4 (Додаток А) вказані номінальний струм і питомі втрати напруги [%/(кВт км)] для розподільних струмопроводів ШРА-64.

Спочатку визначимо струм для ділянок струмопроводу:

де Р - розрахункова потужність приймача, кВт;

Uн - номінальна напруга на затисках приймача, рівна міжфазній (лінійній) напрузі мережі, до якої він приєднується, В;

cos - коефіцієнт потужності приймача.

За таблицею А4 (Додаток А) вибираємо для ділянки АБ струмопровід на номінальний струм 600 А і для ділянки БГ - на номінальний струм 250 А. Ділянку БВ, навантаження якої менше навантаження ділянки БГ, також вибираємо на струм 250 А, оскільки на меншу силу струму струмопроводи ШРА-64 не виготовляються.

Для визначення величини втрати напруги замінюємо рівномірно розподілене навантаження ділянок струмопроводу зосередженим в середині цих ділянок (рис. 2,б).

За таблицею А4 (Додаток А) знаходимо питомі втрати напруги при cos = 0,75 для струмопроводу на струм 600 А: U0 = 0,13 %/(кВт км) і для струмопроводу на струм 250 А: U0 = 0,293 %/(кВт км).

Підставляючи числові значення у формулу (1), знаходимо величину втрати напруги до точки Г:

UАГ = 0,13 (230+120) 0,08+0,293 70 0,08 = 5,3%.

59

Таблиця 1 – Порівняння варіантів виконання ділянки мережі по масі дротів

Як бачимо з табл. 1, найменша маса проводів виходить для варіанту 2, на якому і зупиняємося. Відповідні перетини проводів ділянок лінії вказані на рис. 1.

Економія в масі проводів для другого варіанту в порівнянні з першим складає:

290, 7 246,3100 17,8 % 246,3

Випадок 3. Від трансформаторного пункту промислового підприємства отримує живлення розподільний струмопровід АБ, до якого приєднані розподільні струмопроводи БВ і БГ (рис. 2, а).

б)

Рис. 2. Розрахункова схема до випадку 3

58

Потрібно вибрати плавкі вставки до запобіжників типу ПН-2, встановлених на лінії живлення двигуна за умови, що двигун завантажений повністю.

Оскільки за умовою двигун завантажений повністю, можна прийняти розрахунковий струм лінії рівним номінальному струму двигуна

Iтр = 135 А.

Перша умова для вибору номінального струму плавкої вставки за тривалим струмом лінії (1) приводить до співвідношення

Iв ≥ 135 А.

Друга умова для вибору плавкої вставки за пусковим струмом двигуна встановлюється формулою (3), оскільки умови пуску за умовою завдання легкі (двигун приводить в обертання тільки вентилятор).

Пусковий струм двигуна визначається за формулою (2)

Iп = 6,9 135 = 932 А.

За формулою (3) отримуємо:

З таблиці 1 підбираємо плавку вставку запобіжника типу ПН-2 на номінальний струм 400 А.

Результати вибору плавких вставок запобіжника в розглянутому випадку показують, що запобіжники не захищають двигун з короткозамкнутим ротором від перевантаження. Дійсно, номінальний струм двигуна 135 А, а номінальний струм плавких запобіжників 400 А. Якщо провідники лінії, що живлять двигун, вибрані по номінальному струму двигуна, як це звичайно і робиться, то вони також не будуть захищені від перевантаження. Таким чином, плавкий запобіжник в даному випадку захищає двигун і провідники тільки від нагрівання струмами коротких замикань.

Захист від перевантаження. При необхідності організувати захист від перевантаження застосовують автоматичні вимикачі з тепловими розмикачами або магнітними пускачами з тепловими реле. Теплові елементи розмикача або реле нагріваються поволі і діють тільки при тривалому протіканні струму. Пусковий струм двигуна не встигає нагрівати ці елементи до температури, при якій відбувається дія теплового захисту.

Звідси витікає, що теплові розмикачі автоматичного вимикача і нагрівальні елементи теплових реле, встановлених в магнітних пускачах, слід вибирати тільки за тривалим розрахунковим струмом лінії:

15

Тепловий захист, будучи хорошим захистом від перевантаження, погано захищає від коротких замикань. Річ у тому, що теплові розмикачі і нагрівальні елементи теплових реле діють поволі і дроти лінії або провідники обмоток двигуна при протіканні через них струму короткого замикання можуть бути пошкоджені перш, ніж спрацює тепловий захист.

У зв'язку з цим тепловий захист повинен доповнюватися захистом від короткого замикання. Останній може бути виконаний у вигляді плавких запобіжників. У разі застосування автоматичного вимикача (автомата) з тепловими розмикачами для захисту від перевантаження доцільно для захисту від коротких замикань застосовувати електромагнітні розмикачі. Такі автоматичні вимикачі з комбінованими розмикачами, що містять теплові і електромагнітні розмикачі, набули широкого поширення. Вони одночасно здійснюють захист як від перевантаження, так і від короткого замикання.

Номінальний струм електромагнітного і комбінованого розмикача автоматичного вимикача вибирається за тривалим розрахунковим струмом лінії

Ін.е. ≥ Iтр (8)

Крім того, вказані розмикачі повинні бути перевірені за найбільшою величиною короткочасного струму лінії при пуску двигунів. Зрозуміло, що при пуску двигунів автоматичний вимикач не повинен відключатися. Це буде забезпечено, якщо струм спрацьовування розмикача задовольняє умові

Іср.е. ≥ 1,25 Iкр , (9)

де Iкр - найбільший короткочасний струм лінії, А;

1,25 - коефіцієнт запасу, що враховує розкид характеристик розмикача автомата.

Необхідно відзначити, що залежно від конструктивного виконання деякі розмикачі допускають регулювання величини струму спрацьовування; для інших виконань величина струму спрацьовування не регулюється.

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Виконати розрахунок та вибрати плавкі вставки до запобіжників, які потрібно встановити на лінії живлення двигуна для заданих умов роботи (таблиця 2).

Завдання 2. Виконати захист електродвигуна від перевантаження (якщо в цьому є потреба), застосувавши автоматичний вимикач.

16

Втрата напруги на ділянці АБ лінії при цьому буде рівна:

UАБ = 0,539 5,4 = 2,91%.

Як бачимо, втрата напруги в магістралі АБ зменшилася в порівнянні з попереднім варіантом.

Допустима втрата напруги для відгалужень буде рівна:

UБ = 5,5 - 2,91 = 2,59%.

Визначаємо розрахункові значення питомої втрати напруги для відгалужень і знаходимо згідно таблиці А3 (Додаток А) відповідні перетини проводів:

Перетин нульового дроту для ділянки АБ приймаємо рівним 25 мм2 і для відгалуження 16 мм2.

Маса алюмінієвих дротів приведена в таблиці А5 (Додаток А). Користуючись цією таблицею, визначаємо масу проводів для першого варіанту. Маса проводів ділянки АБ: (3 136+44) 0,1 = 45,2 кг (у дужках множник 3 враховує число фазних проводів).

Аналогічно визначаємо масу проводів для відгалуження БВ: (3 95+44) 0,18 = 59,2 кг; для відгалуження БГ: (3 136+44) 0,23 = 104,0 кг;

для відгалуження БД: (3 95+44) 0,25 = 82,3 кг.

Загальна маса проводів всієї ділянки виходить рівною

Gt = 45,2 + 59,2 + 104,0 + 82,3 = 290,7 кг

Аналогічно підраховується маса проводів для другого варіанту. Результати вибору перетинів проводів за втратою напруги і відповідні маси проводів приведені в таблиці 1 для варіантів виконання магістралі АБ проводами перетином 50, 70 і 95 мм2.

Студенту пропонується самостійно вибрати перетини відгалужень при виконанні магістралі проводами перетином 95 мм2.

57

Оскільки величина питомої втрати напруги дроту 50 мм2 близька до розрахункової, то не тільки магістраль АБ, але і відгалуження БГ повинні бути виконані проводами перетином 50 мм2.

Переходимо до визначення перетину проводів відгалужень БВ і БД. Підраховуємо величину втрати напруги в магістралі АБ за форму-

лою (l):

UАБ = 0,671 5,4 = 3,62%.

Визначаємо величину втрати напруги, допустимої для відгалужень БВ і БГ:

UБ = 5,5 - 3,62 = 1,88%.

Розрахункові значення питомих втрат напруги для відгалужень БВ і БД будуть рівні відповідно:

Згідно таблиці А3 (Додаток А) знаходимо відповідний перетин проводів цих відгалужень - 35 мм2.

Перетин нульовою дроту приймаємо для всіх ділянок рівним

16мм2.

Упідрахованому варіанті перетин проводів магістралі АБ був прийнятий рівним 50 мм2. Варіант меншого перетину проводів для цієї ділянки, наприклад 35 мм2, не може розглядатися, оскільки при такому перетині втрата напруги в лінії перевищуватиме допустиму величину.

Навпаки, варіант виконання ділянки АБ проводами з перетином більше 50 мм2 допустимий.

При збільшенні перетину проводів магістралі АБ втрата напруги в ній зменшуватиметься і на долю відгалужень буде залишатися більша величина розрахункової втрати напруги. Таким чином, при збільшенні перетину магістралі перетини відгалужень будуть зменшуватися.

Отже, для визначення найбільш економічного рішення по витраті кольорового металу слід виконати розрахунок декількох варіантів і порівняти їх між собою.

Виконуємо розрахунок для варіанту перетину проводів ділянки АБ

70 мм2.

Значення питомої втрати напруги для такого перетину знаходимо за таблицею А3 (Додаток А): U0 = 0,539 %/(кВт км).

56

Контрольні питання

1.Які порушення можуть виникати при експлуатації електричної мережі на її окремих ділянках?

2.До яких небезпек приводить коротке замикання?

3.До яких небезпек приводить перевантаження?

4.В яких випадках захист від КЗ в мережі є обов’язковим?

5.Чи допускається відмова від захисту мережі при перевантаженні?

6.Яким чином здійснюється захист проводів і кабелів електричних мереж напругою до 1000 В?

7.Найпростіший захисний апарат, його принцип дії.

8.Яким чином здійснюється вибір плавкої вставки і які умови при цьому необхідно забезпечити?

9.Як визначається величина пускового струму електродвигуна?

10.Яких умов необхідно дотримуватись, щоб плавка вставка не розплавилась від пускового струму електродвигуна?

11.Чи достатньо запобіжників, щоб захистити електродвигун від перевантаження?

12.Які пристрої використовують для захисту електрообладнання від перевантаження?

17

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Тема роботи: Вибір перетинів проводів і кабелів по умові нагрівання

Мета роботи: навчитись визначати перетин кабелю із умов нагрівання, перевіряти надійність дії запобіжників при однофазному короткому замиканні, розраховувати та вибирати плавкі вставки запобіжників

Теоретична частина

Залежно від ступеня небезпеки виникнення пожежі або вибуху, а також з урахуванням вимог техніки безпеки по запобіганню можливості поразки струмом людини електричні мережі поділяються на дві групи.

I. Мережі, які повинні бути захищені від перевантажень і від струмів короткого замикання.

II. Мережі, які повинні бути захищені тільки від струмів короткого замикання.

Захист від перевантажень для таких мереж не передбачається.

До першої групи, для якої обов'язковий захист від перевантаження, відносяться:

а) мережі всіх видів у вибухонебезпечних приміщеннях і вибухонебезпечних зовнішніх установок незалежно від умов технологічного процесу чи режиму роботи мережі;

б) мережі всередині приміщень, які виконані відкрито прокладеними незахищеними ізольованими проводами з вогнезаймистою оболонкою;

в) освітлювальні мережі в житлових і громадських будівлях, в торгових приміщеннях, службово-побутових приміщеннях промислових підприємств, включаючи мережі для побутових і переносних електроприймачів, а також в пожежонебезпечних виробничих приміщеннях;

г) силові мережі в промислових підприємствах, в житлових і громадських будівлях, в торгових приміщеннях - у випадках, коли за умовами технологічного процесу або режиму роботи мережі може виникати тривале перевантаження проводів і кабелів.

Всі інші мережі відноситься до другої групи, не вимагають захисту від перевантаження і захищаються тільки від коротких замикань.

Загальний порядок вибору перетинів проводів і кабелів за умовами нагрівання.

1. Визначаються розрахункові струми лінії - тривалі і короткочасні (при пуску двигунів).

2. За величиною розрахункових струмів лінії проводиться вибір струмового максимального захисту.

18

Випадок 2. Повітряна чотипровідна лінія трифазного змінного струму напругою 380/220 В живить ряд виробничих будов з дрібнодвигуновим навантаженням: слюсарно-механічну майстерню, пилораму і т.д.

Розрахункова схема лінії представлена на рис. 1, на якому навантаження вказані в кіловатах і довжини - в кілометрах. Середній

Uдоп = 5,5%. Виконати підрахунок для декількох варіантів виконання ділянок лінії проводами різних перетинів і вибрати найкращий варіант по умові мінімуму витрати кольорового металу.

Рис. 1. Розрахункова схема для випадку 2

Спочатку визначаємо моменти для всіх ділянок лінії по розрахунковій схемі лінії (рис. 1): МАБ = 54 0,1=5,4 кВт км; МБВ = 10 0,18= 1,8 кВт км;

МБГ = 12 0,23=2,76 кВт км; МБД = 8 0,25=2,0 кВт км.

Порівнюючи моменти для ділянок БВ,БГ і БД, робимо висновок, що найбільш віддаленою буде точка Г мережі. Найбільша сума моментів для лінії буде рівна: МАГ = 5,4+2,76=8,16 кВт км.

Визначаємо розрахункове значення питомої втрати напруги для лінії АБГ за формулою (2):

5,5

U0 АБГ 8,16 0, 675 % /(кВт км)

Згідно таблиці А3 (Додаток А) приймаємо перетин дроту, рівний 50 мм2, для якого при cos= 0,7 значення питомого опору менше розрахункового: 0.671 < 0,675 %/(кВт км).

55