Змістовний модуль 2

 

Тема 5. Контактні апарати пристроїв керування та розподілу електроенергії

 

Вибір плавких запобіжників для низьковольтних мереж

У цьому параграфі розглянуто задачі на визначення повного часу роботи плавких запобіжників (ПЗ), а також задачі на вибір плавких запобіжників за умовами тривалої експлуатації, пуску та селективного вимкнення.

Час нагрівання плавкої вставки ПЗ до температури плавлення:

,                                                (5.1)

де  – певна стала;  – площа поперечного перерізу плавкої вставки;  – струм короткого замикання.

Час переходу плавкої вставки із твердого стану в рідкий:

,                                            (5.2)

де  – певна стала.

Сталі  та  для певних матеріалів наведено в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

 

Повний час роботи ПЗ дорівнює:

,                                             (5.3)

де  – час гасіння дуги.

Для ПЗ з плавкою вставкою на повітрі повний час роботи:

,                                       (5.4)

де = 3 – коефіцієнт, який враховує передчасне руйнування плавкої вставки;  =1,2…1,3 – коефіцієнт, який враховує час гасіння дуги.

Повний час роботи ПЗ з наповнювачем:

,                  (5.5)

де = 1,7…2 – коефіцієнт, який враховує час горіння дуги.

При тривалій експлуатації температура ПЗ не перевищує допустимої, якщо номінальний струм патрону і плавкої вставки більші за номінальний струм уставки.

При виборі ПЗ в якості захисних пристроїв від коротких замикань дотримуються наступних вимог:

– номінальна напруга ПЗ має бути рівною напрузі мережі або перевищувати її ();

– номінальний струм ПЗ має бути рівним номінальному струму електроприймача або перевищувати його ();

– гранична комутаційна здатність ПЗ має бути не менше струму трифазного КЗ за місцем встановлення запобіжника ().

Номінальний струм плавкої вставки:

,                                                    (5.6)

де  – коефіцієнт, який враховує умови роботи електроприймача (для електроприймачів з нечастими пусками і тривалістю пуску 5…10 с =2,5; для електроприймачів з важкими умовами роботи: часті пуски, тривалість пуску від 10 до 40 с =1,6…2,0);  – пусковий струм електроприймача.

При виборі ПЗ для захисту групи електроприймачів номінальний струм плавкої вставки:

,                           (5.7)

де  – сума номінальних струмів електроприймачів, які працюють одночасно, без електроприймача з найбільшим пусковим струмом;  – найбільшій пусковий струм.

Якщо число електроприймачів більше ніж п‘ять, то номінальний струм плавкої вставки:

.                                   (5.8)

Як правило між джерелом живлення і споживачами встановлюються декілька ПЗ. При короткому замиканні необхідно, щоб спрацював ПЗ розташований біля місця пошкодження, а решта ПЗ повинні залишатись у роботі. Це забезпечує селективну роботу ПЗ. Для ПЗ закритого типу умовою селективної роботи є:

,                                (5.9)

де  – переріз плавкої вставки першого ПЗ, розташованого між джерелом живлення та розгалуженням до споживачів;  – переріз плавкої вставки, розташованої біля місця пошкодження. Для закритого ПЗ з дрібнозернистим наповнювачем і мідною плавкою вставкою, а також для ПЗ із струмообмеженням селективність виконується при умові .

Умова селективності буде виконуватись, якщо найменшій фактичний час спрацювання першого ПЗ (на більшій струм) буде перевищувати найбільшій час спрацювання другого ПЗ (на менший струм):

.                                                    (5.10)

Дійсний час спрацювання ПЗ може відхилятись від номінального на . Тоді  нерівність (5.10) можна записати наступним чином:

,                                                   (5.11)

де  і  – відповідно, час спрацювання ПЗ на більшій і меншій струми, які відповідають номінальним характеристикам.

Задача 5.1. Визначити повний час роботи ПЗ з мідною плавкою вставкою на повітрі, якщо площа перерізу плавкої вставки , а струм короткого замикання =1000 А.

Розв’язок. Повний час роботи ПЗ з мідною плавкою вставкою на повітрі визначимо за формулою (5.4), а сталі  та  для міді візьмемо із табл.5.1:

 с.

Задача 5.2. Визначити номінальний струм плавкої вставки при звичайних умовах пуску електричного двигуна, якщо номінальний струм двигуна =32,6 А, а пусковий струм обмежується резистором величиною .

Розв’язок. Пусковий струм двигуна:

 А.

Тоді за формулою (5.6) номінальний струм плавкої вставки:

 А.

Задача 5.3. Перевірити, чи забезпечується умова селективної роботи запобіжників, якщо першій ПЗ має переріз =0,8  і плавку ставку із міді, а другій ПЗ з плавкою  вставкою із срібла має переріз =0,5  і розташований біля електроприймача.

Розв’язок. Умова селективності:

виконується, отже селективність роботи запобіжників забезпечується.

 

Вибір повітряних вимикачів для низьковольтних мереж. Вибір реле

При виборі повітряних вимикачів (ПВ) необхідно дотримуватись наступних вимог:

– номінальна напруга ПВ має бути рівною напрузі електричної мережі або перевищувати її ( );

– номінальний струм ПВ має бути не менш струму електроприймача, який захищається ();

– номінальний струм теплового та електромагнітного розчеплювачів має бути рівним номінальному струму електроприймача або трохи більшім за нього () з наступним регулюванням струму уставки теплового розчеплювача на номінальний струм електроспоживача;

– найбільшій струм, який здатний вимикати ПВ (гранична здатність вимкнення), має бути більшім за струм трифазного короткого замикання, можливого за місцем встановлення ПВ або дорівнювати йому ();

– на лініях живлення електродвигунів струм відсічки електромагнітного розчеплювача має бути не менш 1,5...1,6 пускового струму електродвигуна:

.                                     (5.12)

При виборі ПВ для захисту електричної лінії, яка живить декілька електроприймачів, номінальний струм ПВ, як і номінальний струм розчеплювача, має бути рівним сумі номінальних струмів електроприймачів, які одночасно вмикаються, або перевищувати її. Струм відсічки електромагнітного розчеплювача в цьому випадку:

,                  (5.13)

де ,  – пусковий і номінальний струми найбільш потужного електроприймача, у якого значення цих величин найбільші.

До числа показників, за якими вибираються реле відносяться: характер і величина напруг головного кола та кола керування, комутаційна здатність контактів та їх кількість, допустима частота вмикань, режими роботи, категорія розміщення; степінь захисту від дії оточуючого середовища. Додатково до цього, реле керування і захисту вибирають за родом вхідної величини, витримці часу, за коефіцієнтом повернення, за часом спрацювання та відпускання.

Задача 5.4. Вибрати ПВ з електромагнітним та тепловим розчеплювачами для захисту від короткого замикання і перевантаження електричної лінії, яка живить двигун постійного струму типу П71, деякі паспортні дані якого наступні: =11 кВт, =63 А, =220 В. Пусковий струм двигуна обмежується резистором до величини . Час вимикання режиму короткого замикання не має перевищувати 0,04 с. Вибрати також струм відсічки електромагнітного розчеплювача.

Розв’язок. Для захисту лінії можна вибрати ПВ типу АК63, оскільки =63 А, В >220 В, а час вимкнення ПВ 0,02...0,04 с не перевищує 0,04 с. Номінальні струми теплового та електромагнітного розчеплювачів приймаємо рівними =63 А. Струм відсічки електромагнітного розчеплювача:

Задача 5.5. Вибрати струм відсічки ПВ, що захищає електричну лінію, яка живить три електричних двигуна. Номінальні струми двигунів: першого - =49 А, другого - =35 А, третього - =58 А. Кратність пускового струму до номінального відповідно =5, =4.8, =5.2.

Розв’язок. Враховуючи, що =58 А та  А, за формулою (5.13) визначимо струм відсічки ПВ:

Задача 5.6. Вибрати реле керування для системи керування електроприводом, яка живиться від джерела постійного струму напругою 220 В і нею протікає струм 2 А. Струм спрацювання має бути не менш 5 А, а струм повернення – не менш 0,2 А. Механічна зносостійкість контактів реле має бути не менш  циклів.

Розв’язок. Для системи керування електроприводом можна вибрати реле керування типу РПУ, номінальна напруга якого =220 В, номінальний струм А>2 А, струм спрацювання 5 А, струм повернення 0,2 А, механічна зносостійкість контактів реле 10 мільйонів циклів.