Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский государственный энергетический университет



Кафедра ЭПП













Практическая работа по предмету:

Электрические и электронные аппараты. 

На тему

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения







Выполнил:

Вариант: «0»

Группа: ЭП-2-03

Преподаватель:

Хатанова И.А.















Казань 2006г.


1. Выбор контакторов и магнитного пускателя для управления и защиты асинхронного двигателя





Рис. 1. Схема пуска и защиты двигателя



Требуется выбрать магнитный пускатель (контактор) для управления и защиты асинхронного двигателя типа 4А112М2У3, работающего в продолжительном режиме. Схема прямого пуска и защиты приведена на рис. 1.

По типу двигателя из справочной литературы[1,табл.26.3] определим его технические параметры:

- номинальная мощность, P ном – 7,5 кВт;

- коэффициент полезного действия, η ном  – 87,5 %;

- коэффициент мощности, cosφ – 0,88;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора,U ном – 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI  –  7,5;

- время пуска двигателя, t n  – 5 с.

Определим параметры, по которым производится выбор магнитного пускателя:

а) род тока – переменный, частота – 50 Гц;

б) номинальное напряжение – 380В, номинальный ток не должен быть меньше номинального тока двигателя;

в) согласно схеме включения двигателя (рис. 1) аппарат должен иметь не менее трех замыкающихся силовых контактов и одного замыкающегося вспомогательного контакта;

г) категория применения, аппарат должен работать в одной из категорий применения: АС – 3 или АС – 4;

д) режим работы аппарата – продолжительный с частыми прямыми пусками двигателя.

Для выбора аппарата по основным техническим параметрам необходимо произвести предварительные расчеты номинального и пускового токов двигателя. Определим номинальный ток (действующее значение):







Пусковой ток (действующее значение):







Ударный пусковой ток (амплитудное значение):



 принимаем





Произведем выбор аппарата по основным техническим параметрам.

Выбираем магнитный пускатель со встроенным тепловым реле по основным техническим параметрам, приведенным в справочнике – типа ПМЛ 221002[2,табл.6.18].

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС – 3 и АС – 4.

Согласно справочным данным в категории применения АС – 3 магнитный пускатель должен включать в нормальном режиме коммутации ток:



 ,



а в режиме редких коммутаций:



.



Оба условия пускателя ПМЛ 221002 выполняются, так как:







В категории применения АС – 4 магнитный пускатель ПМЛ 221002 с  номинальным рабочем током 10 А должен отключать в номинальном режиме коммутации ток:



,



который меньше пускового тока двигателя. В режиме редких коммутаций ток:



,



который также ниже ударного пускового тока двигателя. Поэтому пускатель ПМЛ 221002 с номинальным током 20 А, предназначенный для работы в категории АС – 4, для данной схемы (рис. 1) не пригоден.

Тепловые реле серии РТЛ, встроены в магнитные пускатели (табл. 1, приложение 2) имеют регулируемое время срабатывания t СР = (4,5 - 12) с, что приемлемо для заданных условий пуска двигателя: 1,5t П <  t СР <  t П.

Для реализации схем пуска двигателя (рис. 1) можно использовать контактор и дополнительное тепловое реле.

Выбор контактора аналогичен вышерассмотренному выбору магнитного пускателя. Выбираем контактор КМ2311-7. Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС-3 и АС-4. Согласно справочным данным в категории применения АС – 3 контактор должен включать в нормальном режиме коммутации ток:



 ,



а в режиме редких коммутаций:



.



Оба условия контактора КМ2311-7. выполняются, так как:







В категории применения АС – 4 контактор КМ2311-7. с  номинальным рабочем током 25 А должен отключать в номинальном режиме коммутации ток:



,



который больше пускового тока двигателя. В режиме редких коммутаций ток:



,



который также выше ударного пускового тока двигателя. Поэтому контактор КМ2311-7. с номинальным током 25 А, предназначенный для работы в категории АС – 4, для данной схемы (рис. 1) пригоден.



2. Выбор автоматических выключателей и предохранителей для защиты двигателей



От цехового трансформатора кабелем питается сборка механической мастерской, к которой подключены четыре двигателя. Напряжение сети 380 В. Все двигатели работают одновременно. Типы двигателей приведены в табл. 1. Схема цеховой электрической сети, питающей сборку механической мастерской, приведена на рис. 2. Требуется выбрать аппараты защиты двигателей и кабеля, питающего сборку:

а) автоматические выключатели QF1 – QF5 (рис. 2 (а));

б) плавкие предохранители F1  - F5 (рис. 2(б)).




а)

б)

Рис. 2. Участок радиальной схемы цеховой электрической сети: ТП – трансформаторная подстанция; РУ – распределительное  устройство; КЛ - кабель; QF1 – QF5 – автоматы; М1 – М4 – двигатели;  F1 - F5   – плавкие предохранители.



Определим по мощности двигателей их номинальные и пусковые токи так же, как в задаче 1. Рассчитаем по выражению (1) номинальные токи вставок предохранителей, защищающие двигатели (рис.2б). Подберем по справочным данным ближайшие к расчетным номинальные токи вставок для предохранителей разных типов: ПР. – 2, ПН. – 2, НПР, НПН и занесем все вышеуказанные расчетные и справочные величины в табл.1.

Для предохранителя, защищающего кабель, питающий сборку, номинальный ток рассчитаем по выражению:







где – сумма пусковых токов всех самозапускающихся двигателей.



.



Таблица 1

Мощность

двигателя,

кВт

Ток двигателя, А

Ток вставки, А



номинальный

пусковой

расчетный

принятый









ПР-2

ПН-2

НПН, НПР

11

11

7,5

7,5

21,1

22

14,8

15,1

158,25

165

111

98,2

68,4

69,92

47,04

41,61

80

80

60

60

80

80

50

50

80

80

63

63



Выбираем по ближайшему большему значению номинального тока предохранитель типа ПН-2 (I Н  = 250 А).

Проверяем правильность выбора по условию пуска двух самых крупных двигателей в нормальном режиме:







где – сумма номинальных токов работающих двигателей;

 – сумма пусковых токов самых крупных двигателей.



.



Предохранитель типа ПН-2 этому условию удовлетворяет (250>212,98).

Выберем для защиты той же группы двигателей автоматические выключатели (рис.2а). Расчетные и справочные данные заносим в таблицу 2.


Таблица 2.

Мощность двигателя, кВт

Ток двигателя, А

Расчетные токи срабатывания расцепителей, А

Принятые токи срабатывания расцепителей, А



номинальный

пусковой

Зависимые

Мгновенные

Зависимые

Мгновенные

11

11

7,5

7,5

21,1

22

14,8

15,1

158,25

165

111

98,2



23,98

16,13

16,5



247

166,5

147,3

35

35

20

20

400

400

180

180



Все двигатели имеют номинальные токи менее 50 А, поэтому для их защиты выбираем автомат АП50 – 3МТС I Н = 50 А.

Номинальный ток теплового расцепителя принимается ближайший больший номинального тока двигателя с поправкой на окружающую температуру: помещение, где установлены двигатели и автоматы обычное, отапливаемое, с температурой t = 20 °С; завод калибрует автоматы АП50 при температуре +35 °С, поэтому номинальные токи зависимых расцепителей выбираются по уравнению (6):



.



Ток срабатывания мгновенного расцепителя автомата принимается равным десятикратному току срабатывания теплового расцепителя.

Для защиты группы двигателей ток срабатывания независимого расцепителя автомата должен быть отстроен от тока самозапуска всех двигателей:



.



По справочным данным выбираем автомат А3700 с I Н = 160 А.

Ток срабатывания зависимого расцепителя автомата А3700:



,



что удовлетворяет требованию:



, так как 224А > 73 А.



Выдержку времени независимого расцепителя автомата А3700 приняли по справочным данным 0,15 с, что обеспечивает его селективность с мгновенными автоматами.

Ток срабатывания независимого расцепителя по справочным данным автомата А4100 равен:







или с учетом разброса минимальный ток срабатывания независимого расцепителя:



, 



что удовлетворяет условию отстройки от токов самозапуска группы двигателей (798,6-958,4 А).



3. Выбор низковольтных аппаратов в системах электроснабжения



Для схем соединения понижающих трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения, приведенных на рис. 3, выбрать рубильник QS, предохранитель F и автоматические воздушные выключатели QF в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 2 и 3. Номинальное напряжение U Н = 380 В. Условия выбора, расчетные и справочные значения проверяемых величин записать в таблицу.



4. Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения



Для схемы питания понижающего трансформатора от магистральной линии, приведенной на рис. 4, выбрать разъединитель QS и предохранитель F в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 2-3. Для схем, приведенных на рис. 5, выбрать предохранитель F, короткозамыкатель QN и  выключатель Q в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 4. Условия выбора, расчетные и справочные значения проверяемых величин записать в таблицу.





Рис. 3. Схемы соединения трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения





Рис. 4. Схема питания трансформатора от магистральной линии




Рис. 5. Фрагменты схем электроснабжения  промышленных предприятий



5. Выбор низковольтных аппаратов в системах электроснабжения



Требуется выбрать автомат для установки на стороне низкого напряжения трансформатора в сети с номинальными параметрами:



        



Заполним табл.1 для выбора выключателя, рубильника, предохранителя, записав в неё расчетные параметры сети и справочные значения параметров выключателя, рубильника, предохранителя.



Таблица 1

Параметры

Значения параметров

Условия

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Отключающая

способность

- ток отключения  I ОТКЛ, кА





380

15





263





380

63





315











Автомат типа

АК-63



Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Отключающая

способность

- ток отключе- ния  I ОТКЛ, кА





380

15





263





До 500

16





800











Предохранитель серии ПП21

Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Термическая стойкость, кА2с:

Динамическая стойкость, кА:



380

15







До 660

400



144

30









Рубильник трехполюсный серии Р34

[2,табл.6.1]



6. Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения



Выбрать выключатель, установленный за трансформатором типа ТМН – 2500/110 в сети с номинальным напряжением .

Для заданного типа трансформатора выпишем его основные технические параметры:  



 



Определим номинальный ток на стороне НН:



,



Мощность трехфазного КЗ на выводах НН:



,

где для трансформаторов класса напряжения 110 кВ.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора:



,



Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:



,



Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):



,



где =1,3 – для сетей НН.

Определим номинальный ток на стороне ВН:



,



Мощность трехфазного КЗ на выводах ВН: для трансформаторов класса напряжения 110 кВ. Начальное действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора:



,

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:



,



Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):



,



где =1,8 – для сетей ВН.



Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;







Предохранитель типа

ПВТ-104-110-50-2,5У1

Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;











Таблица 2 для рис. 4

Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;







Разъеденитель(QS) РНД31а-        110/1000У1

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

























Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости –  tтс., с.











Таблица 3 для рис. 5

Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;







Предохранитель (F)

ПКТ-104-10-160-20УЗ

(С кварцевым наполнителем)

Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;











Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;









Короткозамыкатель(QN)

КЗ-110УХЛ1

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

























Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости –  tтс., с.











Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;







Выключатель(Q)

ВВЭ-10-20/630УЗ

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

























Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости –  tтс., с.









Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;











Включающая

способность

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА.











Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата



сети

аппарата





Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;







Выключатель нагрузки

ВНП-10/400-10УЗ

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

























Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости –  tтс., с.












Список литературы



1. В.Г. Герасимов. Электро-технический справочник.

2. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Электрическая часть электростанций и подстанций.

3.Ю.Г. Барыбин, Л.Е. Фёдоров. «Справочник по проектированию электроснабжения». Энергоатомиздат Москва 1990г.