БАЭз-19 РГР ЭЭА весна (копия). Задание Выбор автоматического выключателя

• Название: Задание Выбор автоматического выключателя
• Дата: 20.06.2022
• Размер: 78.33 Kb.
• Имя файла: БАЭз-19 РГР ЭЭА весна (копия).docx
• Тип: Документы; #605597

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Задание 1. Выбор автоматического выключателя

Выбрать автоматический выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 1. Режим работы – непрерывный. Коэффициент кратности пускового тока принять в пределах 6-7.
Таблица 1 – Характеристики электродвигателя

Вариант	Рном, кВт	КПД	cos φ	Uн, В
1	4	0,83	0,85	380
2	11	0,86	0,85	380
3	5,5	0,85	0,89	380
4	15	0,87	0,87	380
5	7,5	0,86	0,87	380
6	22	0,85	0,86	380
7	1,1	0,86	0,87	380
8	45	0,84	0,86	380
9	1,5	0,83	0,85	380
10	55	0,89	0,86	380
11	2,2	0,82	0,87	380
12	75	0,87	0,84	380
13	160	0,80	0,87	380
14	4	0,83	0,85	380
15	11	0,86	0,85	380
16	5,5	0,85	0,89	380
17	15	0,87	0,87	380
18	7,5	0,86	0,87	380
19	22	0,85	0,86	380
20	1,1	0,86	0,87	380

Основным элемента автомата, реализующего функции защиты электродвигателя (в дальнейшем рассматриваем асинхронные двигатели серии 4А или АИ) от токов КЗ являются электромагнитный расцепитель и токовая осечка. Причем они должны быть отстроены от пусковых токов I_п (и ударного пускового тока I_удп). Для асинхронных двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором
, (1.1)
где K_I – кратность пускового тока двигателя;

I_н – номинальный (линейный) ток в обмотке статора, А.
, (1.2)
где P_н – полная номинальная мощность электродвигателя, кВт;

U_нл – номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В;

η – коэффициент полезного действия;

cosφ – коэффициент мощности.

Если двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, номинальный ток двигателя берется при относительной продолжительности включения ПВ = 25 %.

Ударный пусковой ток двигателя по своей величине равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Величина ударного пускового тока (его амплитудное значение) определяется как
. (1.3)
Для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором ток срабатывания электромагнитного расцепителя (токовой осечки) отстраивается от ударного пускового тока двигателя при полном напряжении питания сети и выведенном пусковом резисторе в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором)

. (1.4)
Причиной перегрузки двигателей могут быть затянувшийся пуск, большая нагрузка на валу. Обрыв одной из фаз, торможение двигателя. Часто перегрузки бывают кратковременными. Наиболее опасными являются устойчивые перегрузки. Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры обмоток двигателя. Перегрузка по току оценивается с помощью коэффициента кратности пускового тока двигателя и задается в каталоге
. (1.5)
В качестве элементов защиты могут применяться тепловые расцепители автоматов, тепловые реле магнитных пускателей, максимальные токовые реле автоматов с выдержками времени на срабатывания.

Токовые (электромагнитные) защиты имеют преимущества по сравнению с тепловыми ввиду простоты эксплуатации и более легкого подбора и регулировки защитных характеристик.

Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за малого времени их действия при небольших кратностях тока. Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки определяется как

. (1.6)
На практике широко используются тепловые расцепители.

Номинальный ток теплового или комбинированного расцепителей для двигателей с длительным режимом работы и легкими условиями пуска равен
. (1.7)
Для двигателей с короткозамкнутым ротором, работающим в повторно-кратковременном режиме, но при тяжелых условиях пуска
. (1.8)
Номинальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя определяется согласно методике, приведенной выше. Время действия защиты от перегрузки, с одной стороны, должно быть больше времени пуска электродвигателя (либо больше времени его самозапуска), с другой стороны, это время не должно превышать допустимой для двигателя длительности прохождения сверх тока. Время пуска асинхронных двигателей составляет 10-15 секунд.

Пример выбора защитной аппаратуры для асинхронного двигателя серии 4А со следующими основными техническими данными:

Тип двигателя – 4АР 132S4;

Мощность – 7,5 кВт;

КПД – 0,875;

Коэффициент мощности – 0,86;

Коэффициент кратности пускового тока – 7,5;

Номинальное напряжение – 380В.

Необходимо выбрать защитный аппарат, позволяющий осуществлять пуск и защиту двигателя в режимах перегрузки.

Двигатель данной серии предназначен для работы в режиме S4 повторно-кратковременном режиме с влиянием пусковых процессов, что соответствует режиму АС-4 работы защитного аппарата. По формуле (1.2) определим номинальный ток двигателя

. (1.9)
Тогда по формуле (1.1) пусковой ток двигателя равен
. (1.10)
Согласно выражению (1.3) ударный пусковой ток примем равным
. (1.11)
В качестве защитного аппарата, выполняющего одновременно функции управления в режиме редких включений, можно применить автоматический выключатель серии А3100, имеющий электромагнитный или комбинированный расцепитель максимального тока. В нашем случае необходимо реализовать защиту электродвигателя от длительного протекания пускового тока (можно реализовать с помощью теплового расцепителя) и от чрезмерной величины ударного пускового тока (используется электромагнитный расцепитель). Автоматы данной серии с комбинированным расцепителем хорошо выполняют эти функции. В режиме сверхтоков работает электромагнитный расцепитель без выдержки времени, в режиме перегрузки – тепловой расцепитель с нерегулируемыми уставками на ток и время срабатывания. Номинальный ток автомата должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Согласно расчетной величины номинального тока двигателя I_н = 15 А находим номинальный ток автомата I_на = 15 А (в данном случае I_н = I_на).

Ток срабатывания токовой осечки (электромагнитного расцепителя) отстраивается от ударного пускового тока. Принимаем согласно (1.4)
. (1.12)
Находим номинальную уставку на ток срабатывания электромагнитного расцепителя и выбираем тип автомата, имеющего данный расцепитель
– тип автомата А3120. (1.13)
Номинальный ток электромагнитного расцепителя – 15 А.

Для защиты двигателя при длительном протекании пускового тока применяется тепловой расцепитель автомата А3120. Номинальный ток расцепителя должен быть не выше номинального тока автомата (I_т ≤ I_на).

Номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента есть среднее значение между током несрабатывания расцепителя – 1,1·I_на = 16,5 А и нормированным значением тока срабатывания – 1,45·I_на = 1,45·15 = 21,75 А
. (1.14)
Ближайшее нормированное значение номинальной уставки для данной серии автомата равно I_нт = 19 А.

Определим для автомата А3120 с тепловым расцепителем на номинальный ток 19 А время срабатывания при токе перегрузки (пусковом токе двигателя), равном 113,25 А.

Определим кратность тока I_п по отношению к номинальному току расцепителя I_т
. (1.15)
Находим пределы по времени срабатывания для заданного тока (1,8-5) с.

Время пуска двигателя не должно превышать пределов по времени срабатывания защиты.

Вывод. Для защиты асинхронного двигателя в случае возникновения аварийных режимов при пуске можно использовать автоматический выключатель серии А3120 с комбинированным расцепителем.

Основные параметры защитного аппарата:

- номинальный ток автомата, его электромагнитного и теплового расцепителей – I_на = 15 А;

- номинальная уставка на ток срабатывания электромагнитного расцепителя – I_но = 430 А;

- номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента – I_нт = 19 А;

- пределы по времени срабатывания тепловой защиты – t_с = (1,8-5) с.

Задание 2. Выбор высоковольтного выключателя

Выбрать высоковольтный выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 2. Выполнить проверку на электродинамическую и термическую стойкость.
Таблица 2 – Характеристики электродвигателя и выключателя

Вариант	Sр	U, кВ	Ток КЗ ударный, кА	Ток КЗ периодический начальный, кА
1	55	6	15	10
2	110	35	17	12
3	160	10	20	15
4	55	10	24	20
5	110	6	20	17
6	160	10	35	32
7	55	6	24	14
8	110	15	20	17
9	160	20	28	24
10	315	6	17	10
11	315	10	20	15
12	315	20	22	20
13	160	35	25	32
14	55	6	15	10
15	110	35	17	12
16	160	10	20	15
17	55	10	24	20
18	110	6	20	17
19	160	10	35	32
20	55	6	24	14

Расчетная сила тока в питающей линии
. (2.1)
Выбор выключателей производим по следующим параметрам:

1) по напряжению;

2) по длительному току;

3) электродинамическая стойкость проверяется по соотношению
; (2.2)
4) проверка на термическую стойкость по тепловому импульсу тока короткого замыкания

, (2.3)
где В_К – тепловой импульс тока короткого замыкания;

t_тер – длительность тока термической стойкости, по каталогу (t = 3 с);

I_тер – ток термической стойкости (I_тер = 10 кА).

Тепловой импульс рассчитывается по формуле
, (2.4)
где t_пр – приведенное время короткого замыкания, в течение которого ток I_по выделяет то же количество теплоты, что и изменяющийся ток за действительное время.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения : учеб. для вузов / В. А. Андреев. – 5-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2007. – 640 с. : ил.

2 Вильданов, Р. Г. Расчёт систем электроснабжения 6 и 0,4 кВ: учебно-методическое пособие / Р. Г. Вильданов. – Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2003. – 40 с.

3 Крючков, И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций : справ. материалы для курсового и дипломного проектирования / И. П. Крючков, Н. Н. Кувшинский, Б. Н. Неклепаев. – М. : Энергия, 1978. – 456 с. : ил.

4 Рекус, Г. Г. Электрооборудование производств : учеб. пособие / Г. Г. Рекус. – М. : Высш. шк., 2005. – 709 с. : ил.

5 Шеховцов, В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения : метод. пособие по курсовому проектированию / В. П. Шеховцов. – М. : Форум – Инфра-М, 2005. – 214 с. : ил.