Электроснабжение гранитной мастерской

Каждый приемник электрической энергии запитывается кабелем от РП отделения. Примем к прокладке кабели марки АВВГ. Выбор такой марки кабеля обуславливается низкой коррозийной активностью среды,  защищенностью кабеля от внешних воздействий и повреждений.

В данной курсовой работе расчет сечений кабелей и шинопроводов ведется только по наибольшему допустимому току, без проверки на термическую и динамическую прочность.

Как известно  ток в токопроводящей жиле вычисляется по формуле:

,

где  

- номинальная мощность (при ПВ=1) на конце проводника;

- номинальное напряжение,  в  данном случае  ;

- коэффициент мощности электроприемника.

Выбор сечения магистрального шинопровода.

Выбираем магистральный шинопровод по максимальному току ШМА4-630-32-1УЗ – магистральный шинопровод, I_ном=630 А, пожаробезопасность 1, для умеренного климата, для внутренней установки.

Выбор автоматических выключателей и сечения распределительных шинопроводов.

• Автоматы для цеховой понизительной подстанции

Автоматические выключатели (автоматы), не обладая недостатками предохранителей, обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей  как от токов перегрузки, так и от токов короткого замыкания. Кроме того они используются для управления при нечастых включениях и отключениях. Таким образом автоматические выключатели совмещают в себе функции защиты и управления.

Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются либо только тепловыми, либо только электромагнитными расцепителями, либо комбинированными (тепловыми и электромагнитными). Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, электромагнитные – от токов короткого замыкания.

Действие тепловых расцепителей автоматов основано на использовании  нагрева биметаллической пластинки, изготовленной из спая двух металлов с различными коэффициентами теплового  расширения. В расцепители при  токе, превышающем тот, на который  они выбраны, одна из пластин нагревается больше,  и вследствие большего её удлинения воздействует на отключающий пружинный механизм. В результате чего коммутирующее устройство аппарата размыкается.

Тепловой расцепитель автомата не защищает питающую линию или асинхронный  двигатель от токов короткого замыкания. Это объясняется тем, что тепловой расцепитель, обладая большой тепловой инерцией, не успевает нагреться за малое время существование токов КЗ.

Электромагнитный расцепитель  представляет собой электромагнит, который воздействует на отключающий пружинный механизм. Если ток в катушке превышает определенное, заранее установленное значение (ток трогания или ток срабатывания), то электромагнитный расцепитель отключает линию мгновенно. Настройку расцепителя на заданный ток срабатывания называют уставкой тока. Уставку тока на мгновенное срабатывание называют отсечкой. Электромагнитные расцепители не реагируют на токи перегрузки, если они меньше уставки срабатывания.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы разделяются на неселективные с временем срабатывания 0,02..0,1с; селективные с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабатывания не более 0,005с.

По выбранной схеме электроснабжения цеха ЦТП должна содержать три автоматических выключателя: по одному на выходе с каждого трансформатора и один межсекционный выключатель. Выключатели должны выбираться по полному расчетному току, т.к. в случае выхода из строя одного из трансформаторов каждый из оставшихся выключателей должен пропускать полный рабочий ток. В ЦТП будут использованы выключатели автоматические воздушные модернизированные (АВМ) с электромагнитными расцепителями.

Автоматы выбираются по полному максимальному расчетному току, который равен:

Выбираем выключатели типа АВМ-10Н (I_ном=630 А) - автоматические воздушные модернизированные с электромагнитными расцепителями, с номинальным током катушки максимального расцепителя 630 А, время отключения 0,09 с.

ШРА 1

• РП.1.

В соответствии с таблицей 3 найдем ток данного РП:

Принимаем к монтажу шинопровод ШРА4-160-32-1УЗ (I_ном=160 А) – распределительный шинопровод, состоящий из 4 шин, I_ном=160 А, допускают применение в пожароопасных зонах класса П-1, для умеренного климата, для внутренней установки.

Для данного РП выбираем трехполюсный автоматический выключатель типа ВА 52-33-3 (I_ном=160 А) с комбинированными расцепителями с повышенной коммутационной способностью.

 

ШРА 2

• РП.2.

В соответствии с таблицей 3 найдем ток данного РП:

Принимаем к монтажу шинопровод ШРА4-100-32-1УЗ (I_ном=100 А) – распределительный шинопровод, состоящий из 4 шин, I_ном=100 А, допускают применение в пожароопасных зонах класса П-1, для умеренного климата, для внутренней установки.

Для данного РП выбираем трехполюсный автоматический выключатель типа ВА 52-31-3 (I_ном=50 А) с комбинированными расцепителями с повышенной коммутационной способностью.

 

ШРА 3

• РП.3.

В соответствии с таблицей 3 найдем ток данного РП:

Принимаем к монтажу шинопровод ШРА2-400-32-1УЗ (I_ном=400 А) – распределительный шинопровод, I_ном=400 А, допускают применение в пожароопасных зонах класса П-1, для умеренного климата, для внутренней установки.

Для данного РП выбираем однополюсный автоматический выключатель типа ВА 51-37-1 (I_ном=400 А) с комбинированными расцепителями с повышенной коммутационной способностью.

 

ЩО

В соответствии с таблицей 3 найдем ток:

Принимаем к монтажу провод АВВГ 3х6+1х4.

Для данного РП выбираем однополюсный автоматический выключатель типа ВА 51-25-1 (I_ном=25 А) с комбинированными расцепителями с повышенной коммутационной способностью.

 

Выбор кабелей и магнитных пускателей

Магнитные пускатели это трехполюсный контактор переменного тока, в котором дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы главной цепи двигателя. Магнитные пускатели предназначены для управления (пуска, остановки, реверса) трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также для защиты их от перегрузки. В отдельных случаях магнитные пускатели используются для включения и отключения некоторых электроустановок, требующих дистанционного управления. Защита электродвигателя от перегрузок осуществляется тепловым реле РТ.

Объясняется это тем, что тепловое реле имеет большую тепловую инерцию. При коротком замыкании ток может  повредить цепи раньше, чем сработает  тепловое реле. Кроме того, контакты магнитных пускателей не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. Поэтому в случае применения магнитных пускателей (с тепловым реле для защиты от перегрузок) для защиты от токов короткого замыкания, необходимо устанавливать последовательно с тепловым реле автоматы с электромагнитными расцепитлями.

Магнитный пускатель отключает двигатель от сети при исчезновении напряжения или его понижении.

Согласно норм ПУЭ автоматические выключатели устанавливаются только на РП отделений, для защиты от больших  токов КЗ. На каждом распределительном  щите устанавливается по одному магнитному пускателю на каждое ответвление к электроприемнику.

Выбор сечения жил кабелей и  магнитных пускателей производится по расчетному полному току исходя из выражения:

где - расчетный ток электроустановки; - номинальная мощность электроустановки.

Для примера рассчитаем ток, и выберем  кабель и магнитный пускатель  для некоторых потребителей каждого  отделения.

 

Рассчитаем ток, и выберем кабель и магнитный пускатель для компрессорной установки:

.

Выбираем кабель АВВГ 3х70+1х25

Магнитный пускатель ПМ-12-250-120 (I_ном=120 А) – пускатель электромагнитный со степенью защиты IP00, нереверсивный с тепловым реле.

Таблица 4 – Результаты расчета магнитных пускателей

Тип потребителя	Расчетный ток, А	Кол-во.	Магнитный пускатель	Кабель, мм2
Компрессорная установка	112,7	1	ПМ-12-250-120	АВВГ 3х70+1х25
Компрессор	27,5	1	ПАЕ-212	АВВГ 3х6+1х4
Вентиляторы	12,5	2	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Распиловочные станки	31,3	2	ПА-412	3х25+1х10
Электротали	7,06	2	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Кран-балка	18,8	1	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Электрокотел	45	1	ПА-412	3х25+1х10
Электронагреватели	22,5	2	ПАЕ-212	АВВГ 3х6+1х4
Горн электрический	6,3	1	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Сварочные агрегаты	30,6	2	ПА-412	3х25+1х10
Наждачный станок	30,06	1	ПА-412	3х25+1х10
Станок полировальный	20,04	2	ПАЕ-212	АВВГ 3х6+1х4
Электроплита	18,8	1	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Станок токарный	7,5	1	ПМЕ-112	АВВГ 3х6+1х4
Станки гравировальные	22,5	2	ПАЕ-212	АВВГ 3х6+1х4

2.9 Расчет тока короткого замыкания

 

При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или  преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного  переменного тока могут возникать  замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ).

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами коротких замыканий  могут быть механические повреждения  изоляции, падение опор воздушных  линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.

Короткие замыкания  могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ само ликвидируется в течении без токовой паузы коммутационного аппарата.

Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.

Снижение напряжения приводит к  нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить  поврежденный участок, что достигается  применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.

Рассмотрим несколько случаев  КЗ:

1. На большом расстоянии от ТП;
2. На малом расстоянии от ТП.

Схема к расчету токов КЗ в сети промышленного предприятия и схема замещения представлены на рисунке 1 и 2 соответственно.

Принимаем, что  неизменно, поэтому сопротивление от источника до трансформатора не учитываем. .

1. КЗ произошло на зажимах токарного станка, находящегося в слесарной – К1.

Справочные данные элементов схемы  следующие:

• Силовой трансформатор

• Найдем по справочникам сопротивление токовой катушки автомата и переходное сопротивление контактов для автоматического выключателя типа АВМ-10Н:

• Определим сопротивление  магистрального шинопровода от выключателя  до ответвления распределительного шинопровода механического отделения. Общая длина этого участка ШМА в соответствии с планом. Тогда:

, ;

; .

 

Рисунок 1 – Расчетная  схема сети

Рисунок 2 – Схема  замещения

• Определим сопротивление  распределительного шинопровода до РП отделения. Длина участка ШРА  . Используя уже известные формулы, получим:

, ;

;

.

• Определим сопротивление токовой катушки автомата и переходное сопротивление контактов для автоматического выключателя ВА 52-33-3:

• Определим сопротивление кабеля от распределительно щита до точки КЗ. Длина участка  Используя уже известные формулы получим:

, ,

, .

Схема замещения цепи для КЗ состоит из ряда последовательно включенных сопротивлений. Суммарное сопротивление цепи КЗ составляет:

Полное сопротивление:

Определим ударный ток КЗ от системы.

По расчетной кривой на рис. 4-12 [1] при  , находим ( - ударный коэффициент).

Учитывая, что действующее значение тока КЗ будет равен:

находим ударный ток  КЗ в соответствии с формулой:

 

2. КЗ произошло в магистральном шинопроводе (ШМА) – К2.

Справочные данные элементов схемы  следующие:

• Шины

;

; .

Схема замещения цепи для КЗ состоит из ряда последовательно включенных сопротивлений. Суммарное сопротивление цепи КЗ составляет:

Полное сопротивление:

Определим ударный ток КЗ от системы.

По расчетной кривой на рис. 4-12 [1] при  , находим 1 ( - ударный коэффициент).