Выбор коммутационной аппаратуры и автоматики

В сетях и установках напряжением до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением силы тока. Аварийные режимы могут привести к повреждению изоляции и контактов электрических сетей, оборудования, созданию опасности для персонала. Поэтому электрические сети должны быть защищены от токов короткого замыкания и перегрузок.

Согласно ПУЭ, электрические сети могут иметь защиту от токов короткого замыкания и перегрузок или только от токов короткого замыкания.Защита от перегрузок должна осуществляться в сетях:

- внутри помещений при прокладке открыто незащищенными изолированными проводами с горючей оболочкой, а также при прокладке защищенными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п.;

- осветительных общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий;

- силовых – в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

- всех видов во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных установках независимо от технологического процесса.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.

Основные аппараты защиты сетей напряжением до 1000 В – предохранители и автоматические выключатели. От защиты требуется кратчайшее время отключения и селективность (избирательность). Номинальные токи плавких вставок и токи срабатывания расцепителей автоматов должны быть минимально возможными, но не отключать цепь при запуске электродвигателей и при кратковременных перегрузках.

Защитные аппараты устанавливаются в начале каждой ветви сети, т. е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции, силовых пунктах, на каждом ответвлении от линий, на трансформаторных вводах.

Выбор предохранителей

Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания.

1. Для защиты присоединений с равномерной нагрузкой:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ} ³ I_Р

2. Для защиты ответвлений к двигателям:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ} ³ I_ПУСК/a,

где I_ПУСК - пусковой ток наибольшего из двигателей, подключенного к данной цепи плюс расчетный ток цепи;

a - коэффициент увеличения тока при пуске двигателей.

a = 2,5 при легких пусках (до 8 с), без нагрузки (электродвигатели металлообрабатывающих станков, вентиляторов, насосов и т. д.).

a = 1,6-2 при тяжелых (свыше 8 с) и редких пусках (электродвигатели кранов, центрифуг, дробилок).

3. Для магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ} ³ I_КР/a = I_КР/2,5,

где I_КР – кратковременный ток

I_КР = I^¢ _ПУСК + I^¢ _Р,

где I^¢ _Р – расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя или группы электродвигателей, определяемый без учета рабочего тока пускаемых электродвигателей;

I^¢_ПУСК – пусковой ток одного двигателя (обычно наибольшей мощности) или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения.

I_КР = (I _Р - К_И I_ном) +I_ПУСК,

где I _Р – расчетный ток всей линии, А;

I_ном, I_ПУСК – номинальный и пусковой ток наибольшего двигателя;

К_И – коэффициент использования наибольшего двигателя.

4. Номинальный ток плавкой вставки, защищающей ответвление к сварочному аппарату, можно принимать равным:

I_ВС ³ 1,2 I_СВ ,

где I_СВ – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения.

Кроме того, номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату можно выбирать равным допустимому току провода, которым выполнено это ответвление.

5. Выбор плавких вставок последовательных участков сети производится с учетом выполнения селективности защиты.

Для защиты электроустановок напряжением до 1000 В к наиболее часто применяемым предохранителям относятся: ПР-2 – предохранитель разборный; НПН – насыпной предохранитель неразборный; ПН-2 – предохранитель насыпной разборный.

Результаты расчетов сводятся в следующую таблицу.

Пример. Выбрать предохранитель для защиты линии в сети 380 В к АД 80 кВт с номинальным током 143 А (кратность пускового тока равна пяти, условия пуска легкие) и проверить соответствие проводов АПРТО-4х70, проложенных в стальных трубах, выбранной плавкой вставке для случаев: а) проводка не требует защиты от перегрузки; б) линия к двигателю проложена во взрывоопасном помещении класса В-1б.

Определяем ток плавкой вставки из условия: I_{ПЛ.ВСТАВКИ} ³ I_ПУСК/a,

I_{ПЛ.ВСТАВКИ} ³ I_ПУСК/2,5 = (5^.143)/2,5 = 286 А

По таблице справочника выбираем предохранитель ПН-2 с номинальным током патрона 400 А и плавкой вставкой на 300 А.

Проверяем соответствие проводов выбранным предохранителям по условию: I_доп Кз ^. Iз. Длительный допустимый ток I_ДОП = 145 А. Кратность тока защитного аппарата К_З определяем по таблице.

а) Защита от перегрузки не требуется, К_З = 0,33; тогда Кз ^. I_ПВ = 0,33 ^. 300 = 100 А<145 А, следовательно сечение провода, выбранное по условию нагрева длительным током, соответствует выбранному предохранителю.

б) Защита от перегрузке необходима, К_З = 1,25; тогда Кз ^. I_ПВ = 1,25 ^. 300 = 375 А > 145 А, следовательно провода, выбранного сечения не могут быть защищены выбранным предохранителем, в связи с чем надо увеличить их сечение.

Выбор алюминиевых проводов или кабелей с допустимым током более 375 А затруднен. Поэтому выбираем кабель с бумажной пропитанной изоляцией марки СБГ сечением 150 мм², для которого К_З = 1,0. При прокладке на воздухе I_ДОП = 300 А; тогда

Кз ^. I_ПВ = 1,0 ^. 300 = 300 А,

Т. е. предохранитель защищает двигатель и питающий кабель.

Выбор автоматических выключателей

Кроме предохранителей для защиты от коротких замыканий применяют автоматические выключатели. Выбор автоматических выключателей осуществляется по следующим условиям: I_{НОМ АВТОМАТА} ³ I_Р

1. При равномерной нагрузке:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.} ³ I_Р

I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.} ³ I_Р,

где I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.} – ток срабатывания электромагнитного расцепителя;

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.} – ток срабатывания теплового расцепителя.

Электромагнитный расцепитель служит для защиты от коротких замыканий, а тепловой – от перегрузки.

2. Для защиты ответвлений к двигателям:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.} ³ I_НОМ.ДВ.

I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.} ³ 1,25 I_ПУСК

3. Для смешанной нагрузке:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.} ³ I_Р

I_{СР.ЭЛ.МАГН.РАСЦ.} ³ 1,25I_КР

Результаты расчетов сводятся в следующую таблицу.

Пример. Выбрать автоматический выключатель для защиты двигателя. Р_Н = 17 кВт; U_Н =380 В; cosj = 0,82; К_П = 3,5.

I_Н = I_Р =

I_э.р. ≥ 1,25 _* 3,5 _* 31,5 = 138А

Выбираем выключатель типа ВА 51-31-1 с номинальным током выключателя 100 А, т. е.

I_Н.А. > I_Р, т. к. 100 > 31,5