Лабораторная работа: Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский государственный энергетический университет

Кафедра ЭПП

Практическая работа по предмету:

Электрические и электронные аппараты.

На тему

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Выполнил:

Вариант: «0»

Группа: ЭП-2-03

Преподаватель:

Хатанова И.А.

Казань 2006г.

1. Выбор контакторов и магнитного пускателя для управления и защиты асинхронного двигателя

Рис. 1. Схема пуска и защиты двигателя

Требуется выбрать магнитный пускатель (контактор) для управления и защиты асинхронного двигателя типа 4А112М2У3, работающего в продолжительном режиме. Схема прямого пуска и защиты приведена на рис. 1.

По типу двигателя из справочной литературы[1,табл.26.3] определим его технические параметры:

- номинальная мощность, P _ном – 7,5 кВт;

- коэффициент полезного действия, η _ном – 87,5 %;

- коэффициент мощности, cosφ – 0,88;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора,U _ном – 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, К _I – 7,5;

- время пуска двигателя, t _n – 5 с.

Определим параметры, по которым производится выбор магнитного пускателя:

а) род тока – переменный, частота – 50 Гц;

б) номинальное напряжение – 380В, номинальный ток не должен быть меньше номинального тока двигателя;

в) согласно схеме включения двигателя (рис. 1) аппарат должен иметь не менее трех замыкающихся силовых контактов и одного замыкающегося вспомогательного контакта;

г) категория применения, аппарат должен работать в одной из категорий применения: АС – 3 или АС – 4;

д) режим работы аппарата – продолжительный с частыми прямыми пусками двигателя.

Для выбора аппарата по основным техническим параметрам необходимо произвести предварительные расчеты номинального и пускового токов двигателя. Определим номинальный ток (действующее значение):

Пусковой ток (действующее значение):

Ударный пусковой ток (амплитудное значение):

принимаем

Произведем выбор аппарата по основным техническим параметрам.

Выбираем магнитный пускатель со встроенным тепловым реле по основным техническим параметрам, приведенным в справочнике – типа ПМЛ 221002[2,табл.6.18].

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС – 3 и АС – 4.

Согласно справочным данным в категории применения АС – 3 магнитный пускатель должен включать в нормальном режиме коммутации ток:

,

а в режиме редких коммутаций:

.

Оба условия пускателя ПМЛ 221002 выполняются, так как:

В категории применения АС – 4 магнитный пускатель ПМЛ 221002 с номинальным рабочем током 10 А должен отключать в номинальном режиме коммутации ток:

,

который меньше пускового тока двигателя. В режиме редких коммутаций ток:

,

который также ниже ударного пускового тока двигателя. Поэтому пускатель ПМЛ 221002 с номинальным током 20 А, предназначенный для работы в категории АС – 4, для данной схемы (рис. 1) не пригоден.

Тепловые реле серии РТЛ, встроены в магнитные пускатели (табл. 1, приложение 2) имеют регулируемое время срабатывания t _СР = (4,5 - 12) с, что приемлемо для заданных условий пуска двигателя: 1,5t _П < t _СР < t _П .

Для реализации схем пуска двигателя (рис. 1) можно использовать контактор и дополнительное тепловое реле.

Выбор контактора аналогичен вышерассмотренному выбору магнитного пускателя. Выбираем контактор КМ2311-7. Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС-3 и АС-4. Согласно справочным данным в категории применения АС – 3 контактор должен включать в нормальном режиме коммутации ток:

,

а в режиме редких коммутаций:

.

Оба условия контактора КМ2311-7. выполняются, так как:

В категории применения АС – 4 контактор КМ2311-7. с номинальным рабочем током 25 А должен отключать в номинальном режиме коммутации ток:

,

который больше пускового тока двигателя. В режиме редких коммутаций ток:

,

который также выше ударного пускового тока двигателя. Поэтому контактор КМ2311-7. с номинальным током 25 А, предназначенный для работы в категории АС – 4, для данной схемы (рис. 1) пригоден.

2. Выбор автоматических выключателей и предохранителей для защиты двигателей

От цехового трансформатора кабелем питается сборка механической мастерской, к которой подключены четыре двигателя. Напряжение сети 380 В. Все двигатели работают одновременно. Типы двигателей приведены в табл. 1. Схема цеховой электрической сети, питающей сборку механической мастерской, приведена на рис. 2. Требуется выбрать аппараты защиты двигателей и кабеля, питающего сборку:

а) автоматические выключатели QF ₁ – QF ₅ (рис. 2 (а));

б) плавкие предохранители F ₁ - F ₅ (рис. 2(б)).

Рис. 2. Участок радиальной схемы цеховой электрической сети: ТП – трансформаторная подстанция; РУ – распределительное устройство; КЛ - кабель; QF ₁ – QF ₅ – автоматы; М ₁ – М ₄ – двигатели; F ₁ - F ₅ – плавкие предохранители.

Определим по мощности двигателей их номинальные и пусковые токи так же, как в задаче 1. Рассчитаем по выражению (1) номинальные токи вставок предохранителей, защищающие двигатели (рис.2б). Подберем по справочным данным ближайшие к расчетным номинальные токи вставок для предохранителей разных типов: ПР. – 2, ПН. – 2, НПР, НПН и занесем все вышеуказанные расчетные и справочные величины в табл.1.

Для предохранителя, защищающего кабель, питающий сборку, номинальный ток рассчитаем по выражению:

где – сумма пусковых токов всех самозапускающихся двигателей.

.

Таблица 1

Выбираем по ближайшему большему значению номинального тока предохранитель типа ПН-2 (I _Н = 250 А).

Проверяем правильность выбора по условию пуска двух самых крупных двигателей в нормальном режиме:

где – сумма номинальных токов работающих двигателей;

– сумма пусковых токов самых крупных двигателей.

.

Предохранитель типа ПН-2 этому условию удовлетворяет (250>212,98).

Выберем для защиты той же группы двигателей автоматические выключатели (рис.2а). Расчетные и справочные данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Все двигатели имеют номинальные токи менее 50 А, поэтому для их защиты выбираем автомат АП50 – 3МТС I _Н = 50 А.

Номинальный ток теплового расцепителя принимается ближайший больший номинального тока двигателя с поправкой на окружающую температуру: помещение, где установлены двигатели и автоматы обычное, отапливаемое, с температурой t = 20 °С; завод калибрует автоматы АП50 при температуре +35 °С, поэтому номинальные токи зависимых расцепителей выбираются по уравнению (6):

.

Ток срабатывания мгновенного расцепителя автомата принимается равным десятикратному току срабатывания теплового расцепителя.

Для защиты группы двигателей ток срабатывания независимого расцепителя автомата должен быть отстроен от тока самозапуска всех двигателей:

.

По справочным данным выбираем автомат А3700 с I _Н = 160 А.

Ток срабатывания зависимого расцепителя автомата А3700:

,

что удовлетворяет требованию:

, так как 224А > 73 А.

Выдержку времени независимого расцепителя автомата А3700 приняли по справочным данным 0,15 с, что обеспечивает его селективность с мгновенными автоматами.

Ток срабатывания независимого расцепителя по справочным данным автомата А4100 равен:

или с учетом разброса минимальный ток срабатывания независимого расцепителя:

,

что удовлетворяет условию отстройки от токов самозапуска группы двигателей (798,6-958,4 А).

3. Выбор низковольтных аппаратов в системах электроснабжения

Для схем соединения понижающих трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения, приведенных на рис. 3, выбрать рубильник QS , предохранитель F и автоматические воздушные выключатели QF в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 2 и 3. Номинальное напряжение U _Н = 380 В. Условия выбора, расчетные и справочные значения проверяемых величин записать в таблицу.

4. Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения

Для схемы питания понижающего трансформатора от магистральной линии, приведенной на рис. 4, выбрать разъединитель QS и предохранитель F в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 2-3. Для схем, приведенных на рис. 5, выбрать предохранитель F, короткозамыкатель QN и выключатель Q в соответствии с исходными данными индивидуального варианта, приведенными в табл. 4.Условия выбора, расчетные и справочные значения проверяемых величин записать в таблицу.

Рис. 3. Схемы соединения трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения

Рис. 4. Схема питания трансформатора от магистральной линии

Рис. 5. Фрагменты схем электроснабжения промышленных предприятий

5. Выбор низковольтных аппаратов в системах электроснабжения

Требуется выбрать автомат для установки на стороне низкого напряжения трансформатора в сети с номинальными параметрами:

Заполним табл.1 для выбора выключателя, рубильника, предохранителя, записав в неё расчетные параметры сети и справочные значения параметров выключателя, рубильника, предохранителя.

Таблица 1

6. Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения

Выбрать выключатель, установленный за трансформатором типа ТМН – 2500/110 в сети с номинальным напряжением .

Для заданного типа трансформатора выпишем его основные технические параметры:

Определим номинальный ток на стороне НН:

,

Мощность трехфазного КЗ на выводах НН:

,

где для трансформаторов класса напряжения 110 кВ.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора:

,

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:

,

Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):

,

где =1,3 – для сетей НН.

Определим номинальный ток на стороне ВН:

,

Мощность трехфазного КЗ на выводах ВН: для трансформаторов класса напряжения 110 кВ. Начальное действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора:

,

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:

,

Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):

,

где =1,8 – для сетей ВН.

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ; -ток, А;				Предохранитель типа ПВТ-104-110-50-2,5У1
Отключающая способность -действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

Таблица 2 для рис. 4

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ; -ток, А;				Разъеденитель(QS)РНД31а- 110/1000У1
Электродинамическая стойкость - амплитудное значение полного тока КЗ, кА; - начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
Термическая стойкость - действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – t тс. , с.

Таблица 3 для рис. 5

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ; -ток, А;				Предохранитель (F) ПКТ-104-10-160-20УЗ (С кварцевым наполнителем)
Отключающая способность -действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ;				Короткозамыкатель(QN) КЗ-110УХЛ1
Электродинамическая стойкость - амплитудное значение полного тока КЗ, кА; - начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
Термическая стойкость - действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – t тс. , с.

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ; -ток, А;				Выключатель(Q) ВВЭ-10-20/630УЗ
Электродинамическая стойкость - амплитудное значение полного тока КЗ, кА; - начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
Термическая стойкость - действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – t тс. , с.
Отключающая способность -действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
Включающая способность - начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА.

Параметры	Значение параметра		Условие выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
Номинальные - напряжение, кВ; -ток, А;				Выключатель нагрузки ВНП-10/400-10УЗ
Электродинамическая стойкость - амплитудное значение полного тока КЗ, кА; - начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
Термическая стойкость - действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – t тс. , с.

Список литературы

1. В.Г. Герасимов. Электро-технический справочник.

2. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Электрическая часть электростанций и подстанций.

3.Ю.Г. Барыбин, Л.Е. Фёдоров. «Справочник по проектированию электроснабжения». Энергоатомиздат Москва 1990г.