Mетодичка по эл.аппаратам гр.212

21

-для комутації та керування електроспоживачів судових електроустановок широко використовуються контактори постійного та змінного струму серії КМ2000;

-для комутації силових кіл постійного та змінного струму загальнопромислових установок і тепловозів використовуються контактори серії МК з модификаціями: Д - для ліфтових станцій керування; Е та Ж - з блоком бездугової комутації відповідно 380 і 660 В;

-для комутації та керування електроспоживачів літальних апаратів використовуються контактори серії КНЕ;

-для комутації трифазних силових кіл загальнопромислових установок широко використовуються контактори серій КТ6600 і

КТП6000;

-для комутації та керування асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором великої та середньої потужності використовуються вакуумні контактори серій КТ12Р і КМ13, магнітні пускачі серій ПМЛ та ПМА;

-для комутації та керування асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором малої потужності та ряду інших споживачів змінного струму використовуються магнітні пускачі серій ПМЕ та ПМАПМЛ і герсиконові контактори змінного струму серії КМГ і т.д.

Параметрами кола керування, за якими здійснюється вибір контактора (магнітного пускача) за звичаєм є номінальна напруга та потужність, що споживається вмикальними котушками. Вони вказуються в технічних умовах на контактор і необхідні, головним чином, для вибору комутаційної апаратури кіл керування (реле та ін.) і джерела живлення.

Режим роботи апарата визначається, головним чином, режимом роботи об’єкту, для комутації якого призначений даний контактор (магнітний пускач). Відомо декілька характерних режимів роботи електрообладнання: тривалий (с комутаціями або без них), короткочасний і повторно-короткочасний. Під час вибору контактора (магнітного пускача) необхідно намагатись, щоб режим його роботи (вказується в технічних умовах) повністю відповідав режиму роботи об’єкта.

Перевірка комутаційної спроможності обраного контактора (магнітного пускача) здійснюється за параметрами комутуємого кола, які визначаються режимом комутації та категорією використання. Для контакторів (магнітних пускачів) характерні два режими комутації: режим нормальних комутацій, який визначається відносно комутації

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

22

струмів навантаження з частотою комутацій, яка відповідає певному класу і режим поодинних комутацій, який визначається відносно поодинних комутацій струмів перевантаження.

У відповідності до ДСТУ 2846-94 для кожного режиму комутації та категорії використання визначені допустимі параметри комутуємого кола по відношенню до номінальних робочих значень струму та напруги контактора:

-Uo - максимально допустима величина зворотної напруги;

-Io - максимально допустима величина комутуємого струму;

-cos ϕo(τo) - допустима реактивність комутуємого кола. Наприклад, для режиму нормальних комутацій, категорії викорис-

тання АС-2 струми, що вмикаються і вимикаються не повинні перевищувати 2,5Iнр, при зворотній напрузі Uнр і коефіцієнту потужності 0,65.

Перевірка роботоспроможності обраного контактора (магнітного пускача) з комутаційної спроможності здійснюється відносно кожного з обох режимів комутації:

а) для режиму нормальних комутацій роботоспроможність визначається за комутаційною зносостійкістю, яка буде гарантована при дотриманні таких умов:

Uo > Uо.к.; Io > Iо.к.; cos ϕo < cos ϕо.к.(τо.к.. > τo) ,

cos ϕо.к.(τо.к.) - коефіцієнт потужності (електромагнітна постійна часу) комутуємого кола за частих комутаціях струму навантаження;

б) для режиму поодинних комутацій роботоспроможність ви-

значається за межевою комутаційною спроможністю, яка буде гарантована при дотриманні аналогічних умов, з тою лише різницею, що Uo, Io и cosϕo (τo) визначені для режиму рідких комутацій, а Uо.к , Iо.к і cosϕо.к (τо.к.) є параметрами комутуємого кола при максимально можливому перевантаженні.

Вибір та необхідні перевірки роботоспроможності контакторів (магнітних пускачів) за іншими умовами показані у підрозділі 4.1.

4.3 Вибір електричних апаратів захисту

Електричні апарати захисту встановлюються, головним чином, у розподільних пристроях високої та низької напруги і здійснюють захист електроустаткування від пошкоджень при виникненні аварійної

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

23

ситуації на окремих ділянках електричної системи. Типовими представниками низьковольтних апаратів захисту є автоматичні вимикачі, запобіжники та теплові реле.

АВТОМАТИЧНІ ВИМИКАЧІ (автомати) та запобіжники призначені для нечастих комутації електричних кіл низької напруги в аварійних режимах: коротке замикання, перевантаження, зниження напруги.

Вибір автоматичних вимикачів здійснюється за такими параметрами та критеріями:

-за характером захищаємого об’єкту;

-за номінальними значеннями струму та напруги;

-за механічною та комутаційною зносостійкістю;

-за характером комутуємого навантаження (категорією використання);

-за параметрами кола керування;

-за кількістю та виконанням головних та допоміжних контактів;

-за швидкодією;

-за кліматичним виконанням та категорією розміщення,

потім перевіряються:

-за захисною характеристикою;

-за стійкістю при проходженні наскрізьного струму к.з.;

-за комутаційною спроможністю;

-за умовою селективності.

Автоматичний вимикач здійснює максимально струмовий захист обладнання з допомогою розчеплювачів. Тепловий розчеплювач здійснює захист від перевантажень. Електромагнітний розчеплювач від струмів короткого замикання. Номінальний струм автомата визначається номінальним струмом теплового розчеплювача, який обирається з умови.

Ін.расч.=Ін.а ≥ Ін.н ,

де Ін.расч – номінальний струм теплового розчеплювача, Ін.а. – номінальний струм автомата Ін.н. – номінальний струм навантаження (двигуна).

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

nспра.а

24

Якщо електродвигун працює у повторно-короткочасному режимі, то номінальний струм двигуна визначається номінальним струмом у режимі ПВ = 25%

Уставка електромагнітного розчеплювача для захисту двигуна з к.з. ротором обирається за умови:

Іуст.ем ≥ (1,5….1,8) Іпуск.,

Іуст.ем = Іотс = nспр.а × Іна

де Іуст. ем – уставка електромагнітного розчеплювача; Іпуск – пусковий струм двигуна; Іотс – струм відсічки;

– кратність спрацювання відсічки автомату.

Струм відсічки повинен бути відлаштован від пускових струмів двигуна за виразом:

І отс = nспр.а× І на.> iуд п = √2×Куд × І пуск ,

де іуд.п – ударний пусковий струм; Куд. – ударний коефіцієнт, Куд. для низьковольтних мереж з дви-

гунами приймаються рівними 1,3 для високовольтних – 1,8.

Для забезпечення необхідного захисту об’єкту необхідно, щоб струмо-часова (захисна) характеристика автомата або запобіжника проходили нижче струмо-часової характеристику об’єкту захисту, причому якомога ближче до неї.

Для двигуна з фазним ротором:

Іуст. ан.≥ (2,5…3) Ін.н. .

Для групи короткозамкнутих двигунів:

Іуст.ем. ≥ (1,5..1,8) [∑Ін. дв. + (Іпуск. – Ін. дв.)] ;

де ∑Ін. дв. - сума номінальних струмів кожного двигуна групи;

різність (Іпуск. – Ін. дв.) – береться для двигуна у котрого вона найбільша.

Для групи двигунів з фазним ротором:

Іуст.ем.>(1,5…2,0)Ін.дв. + åІн.дв.,

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

25

де Ін.дв. – струм двигуна з найбільшим пусковим струмом.

Вибраний автомат перевіряється за межовою комутаційною спроможністю, яка визначає спроможність автомату надійно вимикати струми к.з. У паспорті автомату наданий гранично вимикальний струм І о.макс. Межова комутаційна спроможність автомату буде гарантована при дотриманні наступної умови:

уд = √2 × уд × по × < о.макс.

ЗАПОБІЖНИКИ призначені для захисту від струмів короткого замикання, а деякі (наприклад, інерційні запобіжники) і від струмів перевантаження. Якщо запобіжники призначений для захисту від струмів к.з. обладнання, що працює у тривалому режимі без технологічних перенавантажень, то патрон і плавка вставка запобіжника обирається на номінальний струм, рівний або трохи більший від номінального струму обладнання. що захищається. Тільки у цьому випадку забезпечується стабільність часострумових характеристик запобіжників.

Запобіжник не повинен вимикати обладнання за експлуатаційних перевантажень. Так, пусковий струм асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором може бути 7Ін.дв. У цьому разі номінальний струм плавкої вставки (Ів.ном.) обирається за пусковим струмом двигуна (Іпуск дв.) за співвідношенням:

Ів.ном. = 0,4 Іпуск.дв.

Для важких умов пуску, коли двигун повільно розгортається (привід центрифуги), або повторно-короткочасному режимі, коли пуски відбуваються з великою частотою, вставка обирається ще з більшим запасом:

Ів.ном. = (0,5…0,6) Іпуск дв..

Якщо запобіжник захищає систему з декількома двигунами, плавку вставку обирають за формулою:

Ів.ном. = 0,4 [Ір. + (Іпуск дв. – Ін. дв.)],

де Ір. розрахунковий номінальний струм мережі, рівний ∑Ін. дв.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

26

Різниця (Іпуск дв. – Ін.дв.) обирається для двигуна, у якого вона є найбільшою.

За розрахованим номінальним струмом плавкої вставки обирається плавка вставка з номінальним струмом, рівним або декілька більшим від розрахованого.

Далі обирається номінальний струм запобіжника.

Обрані запобіжники перевіряються на спроможність вимикати коротке замикання поблизу двигуна (межова комутаційна спроможність), а також перевіряються за захисною характеристикою за умови неплавлення плавкої вставки при протіканні ударного пускового струму, що досягає свого значення за час, що дорівнює приблизно одному півперіоду основної частоти, тобто 0,01 с.

За часострумовою характеристикою обраного запобіжника визначається кратністю струму плавлення за час 0,01с (nпл) по відношенню до номінального струму, і відповідно струм плавлення (Іпл), який порівнюється з ударним пусковим струмом. За виконання умови:

Іпл =nпл Ів. ном. > Іуд. п.,

можна зробити висновок, що плавка вставка є відлаштованою від пускових струмів.

Для перевірки обраного запобіжника за межовою комутаційною спроможністю, необхідно розрахувати початкове діюче значення струму короткого замикання та значення ударного струму КЗ і порівняти з паспортним значенням граничного струму відключення обраного запобіжника Іо.макс. Повинно виконуватись наступне співвідношення:

Іо. макс. > Іуд. кз.

ТЕПЛОВЕ РЕЛЕ застосовують для захисту двигуна від перевантажень. Вони мають зворотньозалежну від струму, часо-струмову характеристику, яка добре погоджується з аналогічною характеристикою двигуна. Теплове реле спрацьовує, коли струм двигуна перевищує Ін. Номінальний струм реле обирається рівним номінальному струму двигуна. При струмі (1,2…1,3) Ін. реле спрацює приблизно через 20 хвилин.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

27

5 П Р И К Л А Д И В И Б О Р У Е Л Е К Т Р И Ч Н И Х

АП А Р А Т І В

5.1Приклад вибору електричних апаратів для частих пусків АД

Увідповідності до завдання п. 3.2, вихідними даними для вибору електричних апаратів є:

1.	Номінальна потужність АД	- Рн = 75 кВт;
2.	Коефіцієнт корисної дії АД	- η = 0,9;
3.	Характер навантаження	- cos ϕн = 0,85;
4.	Кратність пускового струму АД	- Iп/Iн = 6;
5.	Повна потужність трансформатора КТП - Sн = 1000 кВА;
6.	Напруга к.з. трансформатора КТП	- uк = 5,5%;

Для частих комутацій силових електричних кіл змінного струму, в тому числі частих пусків АД, використовуються контактори змінного струму або магнітні пускачі. Тому у даному випадку обираємо схему управління та захисту АД за допомогою триполюсного контактора змінного струму КМ. Для захисту від коротких замикань передбачені запобіжники FU1...FU3, а для захисту від перевантажень теплові реле КК1 та КК2. Для цієї схеми необхідно обрати вказані апарати.

За паспортними даними розраховується тривалий струм навантаження АД, який працює у номінальному режимі.

	Ií =			Pí	=		75000		=148,98(À);
			3Uí cosϕí				3 ×380×0,9×0,85

стале і ударне значення пускового струму

Iп = Ií êÏ			=148,98× 6 = 893,87			А
ióä.ï =		êóä IÏ	=		×1,3×893,87=	1638À
	2			2

За розрахованим значенням тривалого струму навантаження і номінальній напрузі на шинах розподільного пристрою для частих пусків АД обирається магнітний пускач ПМА-6252М-У2, що призначений для пуску АД з короткозамкнутим ротором потужністю до 75кВт, з номінальним струмом 160А, номінальною напругою 380В, з вбудованим тепловим реле серії РТТ, нереверсивного виконання, клас зносостійкості – А.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

28

Номінальний робочий струм пускача для категорії використання АС-3 при температурі навколишнього середовища +40°С - Iнр = 160А оскільки величина номінального робочого струму декілька більше розрахованого струму навантаження, обраний магнітний пускач відповідає умові працездатності при тривалому його протіканні.

Перевірка комутаційної спроможності обраного магнітного пускача здійснюється за двома режимами:

а) режимом нормальних комутацій при вмиканні та вимиканні АД, який працює у номінальному режимі; для контакторів змінного струму категорії використання АС-3, допустимі параметри комутуємого кола складають:

- п р и в м и к а н н і :

Iо = 6Iнр = 6×160 = 960 А, що більше розрахованого пускового струму АД; Uо = Uнр = 380 В, що відповідає напрузі на шинах РУ;

- п р и в и м и к а н н і :

Iо = Iнр = 160 А, що більше розрахованого струму навантаження АД; Uком = 0,17Uнр, що більше зворотної напруги, яка дорівнює різниці між напругою джерела і реакцією якоря, яка складає, як правило, 10-15% номінальної напруги АД.

Коефіцієнт потужності при вмиканні і вимиканні кола для даної категорії використання складає 0,35, що значно менше заданого.

Оскільки умови працездастности в даному режимі виконуються, можна зробити висновок, що обраний магнітний пускач при комутації даного АД у номінальному режимі, забезпечить потрібну комутаційну зносостійкість і частоту комутацій.

б) режимом поодинних комутацій при вмиканні і вимиканні струму перевантаження; такий режим часто виникає при обриві одній з фаз, однак найбільш тяжким режимом комутації для магнітного пускача є вимикання загальмованого АД, або такого, що не запустився, оскільки в цьому випадку магнітний пускач вимикає пусковий струм, а на його контактах відновлюється повна напруга джерела; для контакторів змінного струму для даної категорії використання параметри комутуємого кола в цьому випадку складають:

- п р и в м и к ан н і :

Iком = 10Iнр, що практично дорівнює значенню пускового струму АД; Uком = 1,1Uнр, що дещо перевищує напругу на шинах РП;

- п р и в и м и к а н н і :

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

29

Iком = 8Iнр = 8×160 = 1280 А, що дещо більше розрахованого пускового струму даного АД;

Uком = 1,1Uнр, що дещо перевищує напругу на шинах РУ; Коефіцієнт потужності при вмиканні та вимиканні кола для да-

ної категорії використання складає 0,35, що значно менше заданого. Оскільки умови працездатності в даному режимі комутації виконуються, можна зробити висновок, що обраний магнітний пускач забезпечить вмикання та вимикання кола при перевантаженнях, в то-

му числі загальмованого АД.

За розрахованим номінальним струмом двигуна Ін. = 148,98А та пусковим струмом Іп. = 893,87А розрахуємо номінальний струм плавкої вставки.

Ів.ном. = 0,4 Іп.

Ів.ном = 0,4×893,87=357,55 (А).

Обираємо запобіжник серії ПН-2 за номінальним струмом плавкої вставки Ів.ном = 400 А та номінальною напругою Uн = 500В. Вими-

кальна спроможність за напруги 500В складає 23кА (Іо.мак. = 23кА). За часострумовою характеристикою обраного запобіжника ви-

значається кратність струму плавлення по відношенню до номінального струму за час 0,01с (дорівнює 12).

Відповідно струм плавлення вставки Іпл. = 12 × 400 = 4800 (А). Умова Іпл. > Іуд.п. виконується 4800А > 1638А. Це дозволяє зробити висновок, що обрана плавка вставка є відлаштована від пускових струмів і вона не буде плавитись при запуску двигуна.

Для перевірки обраного запобіжник а за межовою комутаційною спроможністю треба порівняти вимикальну спроможність обраного за-

побіжника І о. макс = 23кА з ударним струмом короткого замикання рів-

ним: Іуд. кз = √2 уд. × по= √2 × 1,3 × 10,5 = 19,24 кА.

Умова Іо. макс >Іуд. кз. виконується, тобто, запобіжник забезпечить надійне вимикання короткого замикання, якщо воно виникне.

Для захисту від струмів перевантаження обираємо теплове реле серії ТРН-25 з нагрівачем 2,5 А. Нагрівач реле живиться від трансформатору струму 300А/5А, первинна обмотка якого включається послідовно в статорну обмотку двигуна. За необхідності уставку спрацювання теплового реле можливо підкорегувати, тому що реле ТРН-25 має можливість регулювати уставку у діапазоні ± 25%

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

30

5.2Приклад вибору електричних апаратів для нечастих пусків АД

Увідповідності до завдання п. 3.2, вихідними даними для вибору електричних апаратів є:

1.	Номінальна потужність АД	- Рн = 125 кВт;
2.	Коефіцієнт корисної дії АД	- h = 0,85 ;
3.	Характер навантаження	- cos jн = 0,9;
4.	Кратність пускового струму АД	- Iп/Iн = 5,4;
5.	Повна потужність трансформатора КТП - Sн = 2500 кВА;
6.	Напруга к.з. трансформатора КТП	- uк = 6,5%;

Для нечастих комутацій електричних кіл змінного струму, в тому числі нечастих пусків АД, в схемах управління та захисту часто замість магнітних пускачів з запобіжниками використовують автоматичні вимикачі, які одночасно виконують функції захисту електроустановок від перевантажень та коротких замикань. Тому в даному випадку використовується схема управління та захисту за допомогою автоматичного вимикача.

За паспортними даними розраховується тривалий струм навантаження АД, який працює у номінальному режимі.

Iн =

Pн

=

125000

= 248,2А;

3Uнcosϕнη

3 ×

380× 0,85× 0,9

а також стале та ударне значення пускового струму

Iп = Iн кп = 248,2

×5,4 =1340,28А;

iуд.п =

куд Iн =

×1,3×1340,28= 2464,07 А

2

2

За розрахованим значенням струму навантаження і номінальній напрузі на шинах розподільного пристрою для нечастих пусків АД обирається автоматичний вимикач загальнопромислового застосування типа А3726Б, призначений для експлуатації в колах змінного струму напру-

гою до 660 В та постійного струму напругою до 440В.
Основними параметрами обраного вимикача є:
- номінальний струм	- 250 А ;
- номінальний струм теплових розчеплювачів	- 250 А ;
- кількість полюсів	- 3
- комутаційна зносостійкість	- 10000;

(при номінальному струмі та напрузі і коефіцієнті потужності 0,8)

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com