Защитных устройств на стороне низкого напряжения

Расчет цеховой распределительной сети сводится к выбору стандартных сечений токопроводов по техническим и экономическим соображениям. Исходными данными для расчета слу­жат определенные ранее нагрузки и схема силовой сети.

Сечения токопроводов выбирают по нагреву расчетным током:

I _р I _{дл доп},, (2.72)

где I _{дл доп} – длительно допустимый ток токопровода, опреде- ляемый по [1].

Величина I_{дл доп} зависит от проводникового материала, спо­соба изоляции, условий прокладки токопровода и других фак­торов.

Выбор комплектных шинопроводов.Комплектные шинопроводы типа ШМА для главных магистралей выбирают по расчетному току силового трансформатора, к которому подключена магистраль.

Выбор сечения проводов и жил кабелей.Сечения проводов и жил кабелей цеховой сети выбирают таким образом:

- по нагреву длительным расчетным током

I _р К_пI _доп, (2.73)

- по условию соответствия выбранному защитному устройству

К_пI _доп ≥ К_защI _з,, (2.74)

где I_р – расчетный ток линии; I _доп – длительно допустимый ток проводника; I_з – параметр защитного устройства (ток срабатывания, номинальный ток); К_п – поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей [1], К_защ – коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода или жил кабеля к параметру защитного устройства (табл. П4).

Сечение проводов и кабелей для ответвления к одиночному двигателю с короткозамкнутым ротором во всех случаях выбирается по условию нагрева длительным расчетным током. При этом длительный расчетный ток линии I_дл.р для невзрывоопасных помещений равен номинальному току двигателя:

I_ном.дв = I_дл.р; (2.74)

для взрывоопасных помещений

1,25I_ном.дв = I_дл.р. (2.75)

Число часов использования максимума нагрузки для цехо­вых распределительных сетей обычно невелико (<4000-5000 часов), что согласно ПУЭ освобождает от необходимости их проверки по экономической плотности тока. Кроме того, цехо­вые распределительные сети не проверяются на термическую устойчивость к току короткого замыкания, так как они явля­ются концевыми участками системы электроснабжения и в со­ответствии с принципом обеспечения селективности выдержка времени максимальной токовой защиты не будет превышать 1 с. С другой стороны, разветвленность распределительных сетей цеха и значительная удаленность потребителей от источника питания обусловливают необходимость проверки выбранных се­чений по допустимой потере напряжения. Выбранное сечение должно соответствовать параметрам защитной аппаратуры на данном участке сети.

Отклонения напряжения на зажимах электроприемников ре­гламентированы ГОСТ 13109-97 на качество электроэнергии.

Проверка величины отклонения напряжения производится на зажимах электроприемника, наиболее удаленного от цехо­вого трансформатора.

Необходимо соблюдение условия

∆U_общ % ∆U_доп %, (2.76)

где ∆U_доп - допустимое отклонение напряжения от номинального по ГОСТ 13109-97.

Общая величина отклонения напряжения от цехового трансформатора до электроприемника

∆U_общ % = ∆U_с % + U_т %., (2.77)

Потеря напряжения на участках от источника до электро­приемника

(2.78)

где I_{maх i} — расчетный максимальный ток i-той нагрузки; п — число подключенных нагрузок; l_i — длина участка сети до i-той нагрузки; cosφ_i — коэффициент мощности i-той нагрузки; r_{0 i}, х_{0 i} — погонные активное и реактивное сопротивления уча­стков сети; U_i — фактическая величина напряжения в точке подклю­чения i-той нагрузки.

При отсутствии достоверных данных о величине U_i можно ориентироваться на номинальное напряжение.

Для проверки кабелей сечением менее 25 мм² учет реактив­ного сопротивления ввиду его относительно малой величины не имеет практического смысла. Если сечение от 25 до 70 мм², то вопрос учета решается в зависимости от отношения r и х:при х < r/3 реактивным сопротивлением можно пренебречь. При се­чениях, больших 70 мм², учитывать реактивное сопротивление проводов и кабелей необходимо всегда.

Отклонение напряжения в трансфор­маторе, %, определяем по формуле

∆U_т = β (l_а cosφ₂ + l_р sin φ₂), (2.79)

где l_а - активная составляющая напряжения короткого замыкания, %.

1_а =(Р_к­­/S_{ном т})100, (2.80)

β — коэффициент загрузки трансформатора в долях еди­ницы; Р_к - потери короткого замыкания, кВт; S_{ном т} — номинальная мощность трансформатора, кВА; l_р — реактивная составляющая напряжения короткого за­мыкания, %,

(2.81)

l_к – напряжение КЗ в % от номинального напряжения трансформатора; cosφ2 – коэффициент мощности на зажимах вторичной обмотки трансформатора.

Результаты расчетов сводятся в таблицу произвольной формы.

Согласно ПУЭ защите от перегрузки и токов КЗ подлежат: сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными незащищенными изолированными проводниками с горючей оболочкой; сети внутри помещений, выполненные защищенными проводниками, проложенными в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п., в следующих случаях:

- осветительные сети в жилых и общественных зданиях, а также в пожароопасных производственных помещениях;

- силовые сети, когда по условиям технологического процесса может возникнуть длительная перегрузка;

- сети всех видов во взрывоопасных помещениях независимо от условий технологического процесса.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов КЗ, в частности кабели и проводники в трубах в невзрывоопасных помещениях.

Если допустимая токовая нагрузка, найденная по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты, не совпадает с данными таблиц допустимых токовых нагрузок, разрешается применение проводника меньшего сечения. Однако это сечение не должно быть меньше требуемого при определении допустимой нагрузки по условию нагрева длительным расчетным током.

Защиту сетей от КЗ могут обеспечить плавкие предохранители и воздушные автоматические выключатели с электромагнитным или комбинированным расцепителями. Предохранителями и автоматами комплектуются силовые пункты и шинопроводы.

Защиту от перегрузки можно выполнить автоматами с тепловыми или комбинированными расцепителями, а также предохранителями, если их плавкие вставки могут быть выбраны по максимальному току без загрубления по пиковому.

Предохранители напряжением до 1 кВ выбираются по следующим условиям.

Номинальное напряжение

U_ном ³ U_{ном.уст}. (2.82)

1. Номинальный ток плавкой вставки U_{ном.вст} выбирается по двум условиям:

- по длительному максимальному току линии I_р.тах

I_{ном.вст} ³ I_р.тах, (2.83)

- по пусковому I_пуск (или пиковому I_пик­) току:

а) при защите ответвления, идущего к одиночному двигателю с нечастыми пусками и длительностью пускового периода не более 2,5 с:

I_{ном.вст} ³ (I_пуск/2,5); (2.84)

б) при защите ответвления, идущего к одиночному двигателю с частыми пусками или большой длительностью пускового периода:

I_{ном.вст} ³ (I_пуск/1,6); (2.85)

в) при защите линии, питающей силовую или смешанную нагрузку:

I_{ном.вст} ³ (I_пик/2,5). (2.86)

2. Номинальный ток предохранителя:

I_ном.пр ³ I_{ном.вст}. (2.87)

Если в сети установлено несколько последовательно включенных предохранителей, то при КЗ в какой-либо точке сети перегорать должен ближайший к точке КЗ предохранитель. Для получения селективного действия большинства типов предохранителей напряжением до 1 кВ необходимо выбирать плавкие вставки с номинальными токами, отличающиеся не менее чем на две ступени.

Автоматические выключатели выбираются по следующим условиям.

1. Номинальное напряжение

U_ном ³ U_{ном.уст}, (2.88)

где U_{ном.уст} – номинальное напряжение уставки.

2. Номинальный ток расцепителя

I_ном ³ I_р.ф. ³ I_р.тах, (2.89)

где I_р.тах – рабочий максимальный ток; I_р.ф – расчетный ток форсированного (послеаварийного) режима.

3. Номинальный ток автоматического выключателя

I_ном.а ³ I_ном. (2.90)

4. Ток срабатывания расцепителя:

а) выбор тока срабатывания по пиковому току

I_сраб ³ 1,25I_пик­, (2.91)

где I_пик­ – кратковременный пиковый ток в линии при пуске двигателя.

Для автоматов типа АЗ100

I_сраб ³ 1,5I_пик­; (2.92)

б) проверка тока срабатывания расцепителя на отключение тока однофазного КЗ

- для сетей в не взрыво- и не пожароопасных помещениях для автомата, имеющего обратно зависимую характеристику:

I_к⁽¹⁾ ³ 3I_сраб; (2.93)

- для автомата, имеющего только электромагнитный расцепитель:

I_к⁽¹⁾ ³ 1,1I_сраб. (2.94)

5. Отключающая способность выключателя:

I_к⁽³⁾ < I_откл, (2.95)

где I_откл – предельный ток, отключаемый автоматическим выключателем; I_к⁽³⁾ – ток трехфазного КЗ.

6. Динамическая стойкость токам трехфазного КЗ:

i_дин > i_у⁽³⁾, (2.96)

где i_дин – ток электродинамической стойкости, i_у⁽³⁾ – ударный ток трехфазного КЗ.

Выбор проводов, кабелей и защитной аппаратуры производится по программе «PROWOD2».