БАРАШКО О.Г.- ПСА-_лекции_-v.1

2 . 3 . 2 . 5 . Аппаратура защиты и управления ( АЗиУ ) схем электропитания приборов и средств автоматизации

1) Назначение. АЗиУ устанавливается в системе электропитания приборов и средств автоматизации и предназначена обеспечить:

включение и отключение электроприемников и участков сетей в нормальном режиме работы;

надежное отсоединение электроприемников и линий для ревизий и ремонтных работ;

защиту от всех видов коротких замыканий и от перегрузки. АЗиУ призваны, в первую очередь, оберегать приборы и средства

автоматизации от аварийных (ненормальных) режимов. К ним относятся:

а) короткие замыкания –наиболее опасный аварийный режим. В большинстве случаев он возникает из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи к/з достигают значений, в десятки и сотни раз превосходящих токи в нормальном режиме, а их тепловое воздействие может привести к повреждению всей электрической установки.

б) тепловые перегрузки – могут возникать при длительном повышении напряжения сети, обрыве одной из фаз, а в электрических двигателях исполнительных механизмов и электрических приводов задвижек и вентилей ─ при заедании или застопорении механизма.

АЗиУ может осуществлять один или несколько видов защиты одновремен-

но.

АЗиУ могут быть однократного действия (предохранители), которые требуют замены или перезарядки после каждого срабатывания, или многократного действия.

2) Сочетание при эксплуатации. В питающей и распредели-

тельной сетях эта аппаратура используется в определенных сочетаниях.

В – выключатель Пр – предохранитель

АВ – автоматический выключатель МП – магнитный пускатель ТР – тепловой расцепитель

3) Условия установки

а) в цепях электрических приемников, имеющих встроенные выключатели и предохранители, АЗиУ не устанавливаются;

б) в цепях электрических приемников, имеющих встроенный предохранитель, предусматривается только аппарат управления;

в) в заземляющих проводниках всех видов установка АЗиУ запрещается;

г) в нулевых проводниках (в том числе и при использовании их в качестве заземляющих) АЗиУ может устанавливаться только, если они отключают все фазные провода;

д) в цепях питания взаимосвязанных устройств (например, датчик − вторичный прибор), отдельные элементы которых не работают независимо друг от друга, устанавливаются общие АЗиУ. При этом на ответвлениях к отдельным элементам регуляторов (например, регулирующий прибор при дистанционном управлении) предусматриваются индивидуальные выключатели.

е) в цепях понижающих трансформаторов при разветвленной вторичной сети АЗиУ устанавливаются со стороны обмоток первичного и вторичного напряжений в каждом присоединении электроприемника, у которого отсутствует АЗиУ.

Кроме того, рубильники, пакетные выключатели и тумблеры должны без повреждения включать пусковые токи электрических приемников (они могут быть в несколько раз выше Iном), а также отключать без разрушения.

2. Выбор предохранителей

Данные элементы предназначены для защиты электрических приемников и сетей от к/з и перегрузки. Работа таких элементов основана на тепловом действии электрического тока, т.е. при превышении тока плавкая вставка расплавляется (перегорает). Обычно используют предохранители с малой тепловой инерцией (безинерционные) с медным токопроводящим мостиком.

Предохранители выбирают по следующим критериям: а) по номинальному напряжению сети

Uном.предохр. ≥ Uном. сети;

При этом рекомендуется выбирать Uном.предохр. ≈ Uном.сети – в этом случае плавкие вставки имеют лучшие защитные характеристики.

б) по длительному расчетному току линии

Iном.вставки ≥ Iдлит;

−при выборе предохранителей для защиты электрических двигателей исполнительных механизмов (задвижек, вентилей) необходимо предусмотреть неперегорание их от кратковременных скачков (например, пусковые токи). Т.е. получаем дополнительное условие:

Iном.вставки ≥ Iпуск/2.5;

−при защите магистральной линии, по которой питается группа электрических двигателей ИМ (причем часть из них или все могут пускаться одновременно) предохранители выбираются:

Iном.вставки ≥ Iкратков./2.5,

где Iкратк = I'пуск+I'длит − максимальный кратковременный ток линии. I'пуск − пусковой ток электрического двигателя или группы одно-

временно включенных электрических двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения;

I'длит − длительный расчетный ток линии до момента пуска электрического двигателя (или группы), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электрического двигателя (или группы).

− при выборе предохранителей для защиты цепей управления и сигнализации используют соотношение:

Iном.вставки ≥ ∑Iраб.mаx+ 0.1∑Iвкл.max;

где Iраб.max − наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов (МП), сигнальными лампочками при одновременной работе;

Iвкл.max − наибольший суммарный ток, потребляемый при включении одновременно включаемых аппаратов.

Пример: Одновременно в сети работают: 5 реле и 7 ламп. Одновременно включаются: 2 реле и 4 лампы. Ток через реле и лампу равен 0.05А.

Решение: Iном.вставки ≥ (5·0.05+7·0.05)+0.1 (2·0.05+4·0.05) ≥ 0.63

Для надежного и быстрого перегорания плавких вставок требуется, чтобы при коротком замыкании в конце защищаемого участка обеспечивалась необходимая кратность тока короткого замыкания, т. е. отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току плавкой вставки. Возможности завышения сечений проводников (уменьшение их сопротивления) для увеличения кратности тока к/з обычно весьма ограничены, так как это влечет за собой увеличение капитальных затрат, повышенный расход цветных металлов и т. д.

Поэтому ПУЭ допускают применение предохранителей при кратностях тока к Iном.вставки не менее 3.

3. Выбор автоматических выключателей (АВ)

АВ служат для:

а) защиты аппаратов от коротких замыканий и перегрузок; б) для оперативных отключений электрических цепей и от-

дельных электроприемников при нормальных режимах работы. По видам защиты различают АВ:

а) защита от к/з – с электромагнитным расцепителем. Выключатель с электромагнитным расцепителем имеет в каждой фазе электромагнитное реле максимального тока. Когда ток в защищаемой цепи превышает определенное значение, сердечник реле втягивается и при помощи специального механизма, снабженного пружиной, контакты автоматического выключателя размыкаются (электромагнитное реле АВ вместе с механизмом отключения называется электромагнитным расцепителем). Включаются АВ кнопкой или рукояткой; предусматривается также возможность ручного отключения.

б) защита от перегрузок – с тепловым расцепителем или с электромагнитным расцепителем с гидравлическим замедлением срабатывания (для защиты от перегрузки) В тепловой расцепитель входит биметаллическая пластина. При перегрузке защищаемой цепи один из концов биметаллической пластины изгибается и через механизм расцепления производится отключение АВ.

Электромагнитный расцепитель с гидравлическим замедлением срабатывания имеет специальное гидравлическое устройство, обеспечивающее обратнозависимую от тока выдержку времени срабатывания расцепителей в зоне перегрузок.

в) защита от к/з и перегрузок − комбинированные (электромагнитный и тепловой или электромагнитный с гидравлическим замедлением срабатывания).

Выбор АВ производится по следующим критериям (а и б как у выключателей):

а) по номинальному напряжению сети:Uном.авт.выключ ≥ Uном. сети; б) по длительному расчетному току цепи: I ном.авт.выключ ≥ Iдлит; в) критерии для расцепителей.

−номинальный ток расцепителя должен быть не меньше номи-

нального тока двигателя: I ном.расцеп. ≥ Iном.двиг;

− ток уставки электромагнитного расцепителя (отсечки) или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от каталожных данных выбирается из усло-

вия: I уст.эл.магн ≥ 1.25Iпуск;

Для группы двигателей: I уст.эл.магн ≥ 1.25(∑Iном.двиг+I'пуск),

где I – сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей до момента пуска двигателя (группы двигателей). I'пуск− пусковой ток двигателя (или группы двигателей, пускаемых одновременно), дающего наибольший прирост пускового тока: I'пуск =

k·Iном.двиг,

где k – кратность пускового тока (например, для электрических двигателей привода задвижек R = 7)

4. Выбор магнитных пускателей

Служат для:

а) дистанционного включения и отключения электрических приемников (в частности, для управления электродвигателями ИМ и электрическими приводами задвижек)

б) для защиты от перегрузки и понижения напряжения, блокировки с другими аппаратами и электрического реверсирования.

Выбор пускателей производится:

а) по мощности электродвигателя ИМ или задвижки; б) по номинальному напряжению сети.

Uном.пуск ≥ Uном. сети,

где Uном.пуск – номинальное напряжение катушки пускателя.

5. Выбортепловых реле

Выбираются по номинальному току двигателя (или длительному расчетному току):

I ном.тепл.реле ≥ Iном.двиг;

При выборе АЗиУ очень часто используется значение I длит. − длительный расчетный ток. В общем случае под ним понимается не номинальный ток отдельного электроприемника или сумма номинальных токов группы электроприемников (хотя они и могут ими быть), а действительный длительно протекающий по линии ток, определенный с учетом коэффициента одновременности работы электроприемников и коэффициента их загрузки.

Для определения номинальных токов приемников можно использовать следующие соотношения:

а) для трехфазных электроприемников переменного тока:

где N – номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВА; Uном – номинальное напряжение (для электроприемников переменного тока − линейное напряжение сети), В; cosφ – коэффициент мощности (для двигателей привода задвижек равен 0.88 −0.90); η – КПД электродвигателя (0.7 − 0.85).

б) для однофазных электроприемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока:

где Uном.ф – номинальное фазное напряжение, В. в) для электроприемников постоянного тока:

1000 P

Iном Uном ,

где P – номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт.

допустимого длительного тока для провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата (для разных условий прокладки и т. д. колеблется): а) для сетей, защищаемых только к/з, kзащ = 0.22 − 1.0; б) с защитой от перегрузки Rзащ = 1 − 1.25;

По условию механической прочности провода и кабели должны иметь сечения не менее минимально допустимых сечений проводов в электроустановках систем автоматизации.

Проверка проводов и кабелей на допустимые потери напряжения характерна для длинных малонагруженных линий. Отклонением напряжения в данном случае будет разность между напряжением на зажимах электроприемника и номинальным напряжением сети. Допустимые отклонения напряжения обычно составляют от -5 до +10% Uном.

Сечения нулевых проводов в питающей и распределительной сетях системы электропитания выбираются следующим образом:

а) в однофазных двухпроводных сетях – равными фазному; б) в трехфазных четырехпроводных сетях, питающих смешанную

нагрузку (однофазные и трехфазные электроприемники), − не менее 50% сечения фазных проводов (при медных или алюминиевых проводах); однофазная нагрузка при этом должна быть равномерно распределена между фазами;

в) в трехфазных четырехпроводных сетях, питающих трехфазную нагрузку, − не менее 50 % сечения фазных проводов (при медных и алюминиевых проводах).

2 . 3 . 2 . 8 . Общий алгоритм выбора АЗиУ и сечений проводов и кабелей

1)определяются расчетные токи линий − длительные и кратковременные (например, при пуске двигателей);

2)по значениям расчетных токов линий проводится выбор защитных аппаратов;

3)по значениям расчетных токов линий и по условию их соответствия выбранным аппаратам защиты производится выбор сечений проводов;

4)проверяется надежность действия защитных аппаратов при коротком замыкании в наиболее удаленной точке сети;

5)проверяется соответствие сечений выбранных проводов и кабелей максимально допустимым сечениям проводов по механической прочности, а в необходимых случаях (например, при длинных линиях) производится проверка сечений проводов по потере напряжения.

2 . 3 . 2 . 9 . Места установки АЗиУ

В питающей сети аппараты управления и защиты (АЗиУ) должны устанавливаться в местах присоединения к источнику питания, а также на вводах в щиты и сборки питания приборов и средств автоматизации. Защитные аппараты на вводах в щиты и сборки питания могут не предусматриваться, если аппараты защиты головного участка питающей линии обеспечивают надежную защиту всей линии и все присоединения распределительной сети, питающейся от указанных щитов и сборок, имеют индивидуальную защиту.

Варианты установки АЗиУ

а) питающая однофазная двухпроводная сеть б) питающая двухфазная двухпроводная сеть

Вмагистральной питающей сети АЗиУ устанавливаются по мере уменьшения сечения линий на вводе каждого щита и сборки питания. Если вся магистраль выполнена проводами одного сечения, то надо еще учитывать селективность (избирательность) срабатывания аппаратов защиты.

Враспределительной сети АЗиУ устанавливаются непосредственно в местах присоединений отдельных цепей на щитах и сборках питания. Для группы электроприемников (если они не связаны между одним технологическим процессом) могут предусматриваться общие АЗиУ, если они не требуют индивидуальной защиты и применение групповых АЗиУ не создает неудобств в эксплуатации.

Варианты установки

A

B

SA1

однофазная двухпроводная сеть двухфазная двухпроводная сеть трехфазная четырехпроводная сеть

Вцепях электрических приемников, имеющих встроенные выключатели и предохранители АЗиУ могут не предусматриваться (в случае, если щит питания совмещен со щитом, где установлен данный электроприемник). При отдельно стоящем щите питания (на расстоянии более 6 м), когда провода, питающие электроприемник, выходят за пределы щита, в начале ответвления должны устанавливаться АУиЗ.

Вцепях электроприемников, имеющих встроенные выключатели и предохранители, АЗиУ могут не предусматриваться, (в случае щит питания совмещен со щитом, где установлен данный электроприемник). Если щит питания стоит отдельно (на расстоянии более 6 м.), в начале ответвления должны устанавливаться АЗиУ.

Варианты установки а) при совмещении щита питания со щитом автоматизации.

Однофазная двухпроводная Двухфазная двухпроводная Трехфазная четырехпроводная

б) при отдельно стоящем щите питания (более 6 м.).

В цепях электроприемников, имеющих только встроенный предохранитель, аппарат управления (выключатель) должен предусматриваться независимо от места установки щита питания.

Однофазная двухпроводная сеть Двухфазная двухпроводная сеть | Однофазная двухпроводная сеть Двухфазная двухпроводная сеть

При питании электроприемников через трансформатор возможны следующие варианты подключений:

а) один электроприемник. Со стороны вторичного напряжения АЗиУ в этой цепи могут не устанавливаться.

б) несколько электроприемников. Можно ограничится устройством аппарата защиты только в одном проводе.

Не допускается ! установка АЗиУ в зануляющих (заземляющих) проводниках всех видов. (Могут устанавливаться аппараты управления в нулевых проводах при условии, что они одновременно отключают все фазные провода).

Цепи питания стационарно установленного освещения шкафных щитов должны предусматривать выключатель и предохранитель в фазном проводе.

Цепи питания (фактически управления) электродвигателями исполнительных механизмов и электроприводами задвижек (вентилей) имеют следующие варианты:

а) простые неразветвленные цепи – питаются, как правило, от головных (силовых) цепей.

Подключение магнитных пускателей (катушек) для сетей с глухозаземленной нейтралью.

а1) при включении катушек магнитного пускателя на межфазное напряжение электродвигатели защищаются автоматическими выключателями или предохранителями.

а2) при включении катушек магнитного пускателя на фазное напряжение – трехполюсные автоматические выключатели. Один конец магнитного пускателя (катушки) присоединяется к нулевому проводу питающей линии (есть варианты).

Предохранители в обоих случаях (междуфазное и фазное) рекомендуется применять только в случаях, когда автоматическое выключение не может быть обеспечено (невозможность поставки АВ, реконструкция предприятия).

б) сложные разветвления, взаимосвязанные группы электроприводов – питаются как от главных (силовых) цепей, так и от постоянного источника питания (например, отдельный трансформатор). Он подключается по возможности к той же сборке, от которой питаются силовые цепи электродвигателей.

При питании электродвигателей от постоянного источника питания должны быть предусмотрены следующие блокировки.

б1) отключение цепей управления каждым электродвигателем при срабатывании аппарата защиты (введение в цепь управления контакта АЗ).

б2) отключение главных цепей электродвигателей во всех случаях исчезновения напряжения и недопустимости самозапуска электродвигателей (при исчезновении и восстановлении напряжения).

При питании сложных разветвленных цепей электродвигателя Uпит 220 В, а защита осуществляется трехполюсными АВ.

При наличии нескольких видов управления электродвигателями исполнительного механизма (автоматическое, дистанционное) – устанавливаются переключающие аппараты (ключи выбора режима). Переключающие аппараты могут устанавливаться как:

2.4. Щиты и пульты, применяемые при автоматизации технологических процессов

2 . 4 . 1 . Назначение, классификация, места установки и применение

Назначение. Предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольноизмерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация) и т. п.

Классификация. Одно из основных преимуществ щитовых конструкций состоит в том, что все они построены на единой базе – каркасе (ОСТ 36.13-76 и ОСТ 36.ЭД 1.13-79). Каркас является основным несущим элементом щитовых конструкций. Он собирается с помощью болтов (1) из двух одинаковых рам (2) и четырех одинаковых швеллеобразных стоек (3). В полках стоек имеются ряд круглых отверстий, шаг между которыми 25 мм. Используя их, а также рейки, угольники, скобы, кронштейны можно установить аппарат или закрепить проводку практически в любой точке.

Классификация щитов и пультов на основе каркаса имеет вид:

Каркас – жесткий, несущий, объемный или плоский металлический остов, предназначенный для установки на нем панелей, стенок, дверей, крышек, поворотных или стационарных рам, унифицированных монтажных конструкций и монтажа приборов, аппаратов, арматуры, установочных изделий, электрической и трубной проводки.

Шкаф – объемный каркас на опорной раме с установленными на нем панелью, стенками, дверьми, крышкой.

Щит шкафной – шкаф с установленными на унифицированных монтажных конструкциях, поворотной или стационарной раме: Ап – аппаратурой, Ар – арматурой, УИ – установочными изделиями, ЭиТПр – электрическим и трубными проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Панель с каркасом – объемный каркас на опорной раме с установленной на нем панелью.

Щит панельный с каркасом – панель с каркасом с установленными: Ап, Ар, УИ, ЭиТПр подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Стойка – объемный или плоский каркас на опорной раме. Статив – стойка с ( плоским или объемным каркасом) с установленными только на унифицированных монтажных конструкциях аппаратурой: Ап, Ар, УИ, ЭиТПр подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Корпус пульта – объемный каркас с установленными наклонной столешницей, стенками, дверьми.

Пульт – корпус с установленными только на унифицированных монтажных конструкциях: Ап, Ар, УИ, ЭиТПр подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Места установки и применение. Щиты и пульты устанавлива-

ются в производственных и специальных щитовых помещениях: операторских, диспетчерских, аппаратных и т. п. (закрытые помещения с температурой окружающей среды от –30 до +50°С при относительной влажности не более 80% и отсутствии вибрации, агрессивных газов, паров и токопроводящей пыли.

Учитывая конструктивные особенности, в том числе степень защиты от прикосновения к токоведущим частям по ГОСТ 14254-80, рекомендуется применять:

щиты шкафные малогабаритные – в производственных поме-

щениях, а также щитовых (диспетчерских и операторских) помещениях (если это технически обоснованно);

щиты панельные с каркасом – в щитовых (диспетчерских и операторских) помещениях;

стативы – для установки вспомогательной аппаратуры (реле, аппараты питания, преобразователей, регулирующих и функциональных блоков системы «Старт»). Располагаются в аппаратных помещениях или в пространстве за щитом в операторских и диспетчерских помещениях;

пульты – для размещения аппаратуры управления и сигнализации в щитовых и производственных помещениях.