Розрахунок електричних мереж і вибір захисних апаратів

 

Автоматичні вимикачі - це пристрої, призначені для захисту електричних кіл при виникненні струмів перевантаження і струмів короткого замикання (надструмів), включення і відключення ділянок електричних кіл, виконують одночасно функції захисту і управління, бувають одно, двох, трьох і чотирьохполюсних. Відносяться до захисних пристроїв багаторазового дії.

Автоматичні вимикачі мають наступні види захисту - теплова (при тривалому перевищенні допустимого струмового навантаження In, захист від перевантаження), електромагнітна (захист від струму короткого замикання Iкз) або комбінована (теплова й електромагнітна), комбінована захист є в багатьох автоматах відомих фірм.

Струм навантаження протікає через контакт автомата, нагрівач теплового реле і котушку реле максимального струму. У разі виникнення струму перевантаження, струм пройшовши по нагрівачу теплового реле, викликає підвищене нагрівання біметалічної пластини, яка згинається і вільним кінцем, який піднімається верх, через важіль відкриває засувку, викликаючи відключення автомата. У разі виникнення струму короткого замикання сердечник реле максимального струму втягується в котушку та за допомогою штовхача впливає на важіль механізму розчеплення, який відкриває засувку і пружина розмикає контакти автомата і він відключається. При захисті від струму перевантаження можуть застосовуватися теплові розчіплювачі без нагрівача, в цьому випадку струм пропускається безпосередньо через біметалічну пластину. У малопотужних автоматах такий розчіплювач також може застосовуватися для захисту від струму короткого замикання.

Переваги автоматичних вимикачів в порівнянні з плавкими запобіжниками:

    Відразу спрацьовують, якщо струм в ланцюзі незначно перевищує номінальний.

    При захисті трифазного пристрої неможлива його роботи при відсутності однієї з фаз (при виникненні струму перевантаження або струму короткого замикання відключаються відразу три фази).

    На включення спрацював автомата потрібно менше часу, менше простоює електрообладнання.

Недоліки автоматичних вимикачів в порівнянні з плавкими запобіжниками:

    Найдорожче коштують.

    Неможливість заміни під напругою.

    Після аварійного відключення погіршення властивостей, неконтрольований знос контактів, якість контакту погіршується

Запобіжник - найпростіший апарат, що захищає електричне коло від коротких замикань і значних перевантажень. Запобіжники широко застосовують при використанні електрообладнання як у побутовій, так і в промисловій сфері. Запобіжники можуть вбудовуватися в комплектні пристрої. Вони призначені для використання в різних кліматичних поясах, місцях з певними умовами експлуатації, наприклад в робочих умовах, де вони відчувають різноманітні механічні дії. Запобіжники володіють різним ступенем захисту. Вони складаються з трьох частин: фарфорового підстави з металевою різьбленням, суміжній плавкої вставки і бойка запобіжника.

Плавка вставка - частина запобіжника, в якій відбувається відключення електричного струму. Вона підлягає заміні після спрацьовування запобіжника. Вставка може бути нерозбірними, з різними наповнювачами. Вона являє собою корпус, в якому розташований плавкий елемент, той у після спрацьовування запобіжника, і дугогасительний пристрій, що є наповнювач, для гасіння виникає при перегорання плавкий елемент електричної дуги. Плавка вставка розрахована на різні номінальні струми (наприклад, 10, 16, 20 А). Бойок запобіжника - механічний пристрій в конструкції плавкої вставки запобіжника. Він при спрацьовуванні запобіжника звільняє енергію, необхідну для дії інших апаратів або впливу на вільні контакти запобіжника.

Запобіжники мають переваги:

    Прості в конструкції.

    Недорогі.

Недоліки:

    Не можуть захищати лінію від перевантажень, тому що не допускають довготривале перевантаження до моменту плавлення.

    Не завжди забезпечують захист в зв’язку із-за окислення контактів, послаблення натиску і т. п.

    При короткому замиканні в трифазній лінії можливе перегорання одного із запобіжників, в цьому випадку двигун включений на дві фази, що приводить до перегріву двигуна та виходу його з ладу.

В даному курсовому проекті в якості захисних апаратів обрано автоматичні вимикачі. Розрахунок електричних мереж та вибір автоматичних вимикачів виконується для одного довільно обраного електроспоживача (номер за планом 1) в наступному порядку:

Визначаємо номінальний струм I_н, А, споживача за формулою

, (6.1)

 

де Р_н - номінальна потужність споживача, кВт, Р_н = 5,5;_н - номінальна напруга, U_н = 0,4 кВ;ц - коефіцієнт потужності;

з - коефіцієнт корисної дії (ККД).

ККД і cosц вибираються за таблицею Додатку [3] в залежності від потужності споживача:

- для споживача потужністю Р_н = 5,5 кВт; з = 0,85 і cosц = 0,85.

Визначаємо пусковий І_п, А, струм споживача за формулою

_п = К_п * I_н, (6.2)

 

де К_п - кратність пускового струму, значення якої вибирається за таблицею Додатку [3] в залежності від потужності споживача, К_п = 7._п = 7,0 * 11,22 = 78,54

Визначаємо номінальний струм розчеплювача І_н.р., А, автоматичного вимикача за умовою

_н.р ≥ 1,1I_pоб, (6.3)

 

де I_pоб - робочий струм лінії, приймається рівним номінальному струму споживача I_pоб = 1,1 I_н = 11,22 А._н.р ≥ 1,1*11,22 ≥ 12,34

Вибираємо автоматичний вимикач типу АЕ2026 з номінальним струмом I_н = 16 А і номінальним струмом розчеплювача I_н.р.ст. = 12,5 А.

Знаходимо розрахунковий струм спрацювання І_спр.р, А, автоматичного вимикача обраного типу за умовою

_спр.р ≥ 1,25 I_п, (6.4)

 

де I_п - пусковий струм двигуна споживача, А._спр.р ≥ 1,25 * 78,54 ≥ 98,17

Визначаємо каталожне значення струму спрацювання І_{спр.кат.}, А, за формулою

_{спр.кат.} = К_р I_н.р.ст, (6.5)

 

де К_р - кратність струму спрацювання. К_р = 12 для автоматичного вимикача серії АЕ2026_н.р.ст - струм номінальний розчеплювача стандартний, А_{спр.кат.} = 12 *12,5= 150

Розрахунковий струм спрацювання не повинен перевищувати каталожне значення струму

_спр.р ≤ I_{спр.кат} (6.6)

 

,17≤ 150

Значення I_спр.р не перевищує значення I_{спр.кат}. Умова виконується, тому автоматичний вимикач вибрано правильно.

За значенням розрахованого номінального струму споживача по таблиці 7.2 [7] вибираємо марку та переріз проводу для підключення споживача до мережі живлення. Пропонується використовувати провід марки АПВ чотирьоходножильний, перерізом однієї жили 2,5 мм²

Розрахунок і вибір перерізу монтажного проводу та типу і струму розчеплювача автоматичного вимикача для інших електроспоживачів об’єкта виконується аналогічно. Результати розрахунку зведено до таблиці 6.1

 

Таблиця 6.1 - Результати розрахунку та вибору перерізу провідника та типу автоматичного вимикача

Номер за планом	Рн, кВт	Iн, А	Iп, А	Iроб, А	Провід		Труба	Тип	Iн. авт, А	Iрозч, А
					Марка	Переріз, мм^2
1,2,3,4,5,6,9, 10,11,12,13, 14,15,25,26, 27,28,29,30, 31	5,5	11,22	78,54	12,34	АПВ	4 (1x2,5)	Т15	АЕ2026	16,0	12,5
17,18,19,20, 21,22,23	7,5	14,70	110,25	16,17	АПВ	4 (1x2,5)	Т15	АЕ2046	63,0	25
7,8,16,24,32	2,0	4,5	28,2	4,95	АПВ	4 (1x2,5)	Т15	АЕ2026	16,0	6,3

 

За значенням розрахункового струму I_р, А, лінії живлення розподільчого шинопроводу, які визначено в розділі 4 «Розрахунок електричних навантажень», використовуючи довідникову літературу визначаємо марку та переріз кабелю для живлення шинопроводу від розподільчого пристрою трансформаторної підстанції.

Визначаємо номінальний струм розчеплювача I_н.р, А, автоматичного вимикача для захисту лінії живлення шинопроводу за умовою

_н.р≥1,1I_н, (6.8)

 

де I_н - номінальний струм лінії живлення шинопроводу, А._н.р ≥1,1*55,63 ≥ 61,19

За довідником обираємо тип автоматичного вимикача і струм розчеплювача. Результати розрахунків та вибору заносимо до таблиці 6.2.

 

Таблиця 6.2 - Результати розрахунків та вибору кабелю і захисної апаратури для живлення шинопроводів

Розрахунковий вузол	Iн, А	Iр, А	Марка та переріз кабелю	Тип	Iн. авт., А	Iрозч, А
ШРА1	55,63	61,19	АВВГ 4x16,0	АЕ2056	100	80
ШРА2	84,39	92,82	АВВГ 4x35,0	АЕ2056	100	100
ЩО	30,75	33,82	АВВГ 4x6,0	АЕ2046	63	40