2020-10-12
195
Выбор аппаратов управления и защиты производится с учетом следующих основных требований:
– номинальные напряжение и ток аппаратов должны соответствовать напряжению и допустимому длительному току цепи. Номинальные токи аппаратов защиты следует выбирать по возможности наименьшими, по расчетным токам отдельных электроприемников, при этом аппараты защиты не должны отключать цепь при кратковременных перегрузках (например, при пусках двигателей);
– аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка;
– при коротких замыканиях, по возможности, должна быть обеспечена селективность работы защитных аппаратов;
– аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение в случае одно-, многофазных и трехфазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью и двух- и трехфазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью в наиболее удаленной точке защищаемой цепи. Для этого токи однофазных коротких замыканий в сетях с глухозаземленной нейтралью, двух- итрехфазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью должны превышать не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки предохранителя данной цепи; в три раза номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно-зависимую от тока характеристику; в 1,4 раза ток уставки мгновенного срабатывания автоматического выключателя,имеющего только электромагнитный расцепитель (отсечку) с номинальным током до 100 А;
|
|
|
– если известны номинальные мощности электроприемников, то их номинальные токи могут быть определены по следующим соотношениям:
1) трехфазных электроприемников переменного тока
(2)
2) для электроприемников постоянного тока
(3)
где Рном– номинальная мощность электроприемника (или группы
электроприемников), Вт.
– при выборе аппаратов необходимо учитывать тот факт, что есть серии аппаратов, имеющие различия в конструкции в пределах серии, связанные с формой, цветом отдельных элементов конструкции, количеством и исполнением контактов. Поэтому при выборе необходимо пользоваться по возможности наиболее полной информацией, имеющейся в справочниках.
Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями и исключения попадания в аппараты инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки. Защитные свойства оболочки, обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям аппарата, вторая характеризует защиту от попадания внутрь аппарата инородных предметов и жидкостей.
|
|
|
IP00. Открытое исполнение. Защита персонала от соприкосновения с токоведущими или подвижными частями отсутствует. Инородные тела могут попадать внутрь аппарата.
IP20. Защитное исполнение. Оболочка таких аппаратов предохраняет от случайного соприкосновения к токоведущим или подвижным частям, или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов.
IР50. Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь пыли в количестве, не нарушающем нормальной работы).
IP60. Пылезащитное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли.
IP65. Пылеводозащищенное исполнение.
IP67. Герметичное исполнение. Оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата.
Кроме того, все выбираемые аппараты должны удовлетворять и всем другим условиям выбора аппаратуры, в частности, условиям окружающей среды.
В условиях эксплуатации также регламентируются действующими стандартами воздействия механических и климатических факторов на электрические аппараты. К климатическим факторам относят: температуру, влажность, давление (высота над уровнем моря), дождь, ветер, пыль, действие плесневых грибков, содержание коррозионно-активных агентов и т.д.
В технической документации на аппарат всегда оговариваются значения климатических факторов, в пределах которых обеспечивается нормальная эксплуатация изделий (таблица 1).
Таблица 1 – Климатические исполнения электрических аппаратов
| Исполнение для макроклиматических районов | Обозначение исполнения аппарата | ||
| буквенное | цифровое | ||
| русские буквы | латинские буквы | ||
| С умеренным климатом | У | (N) | 0 |
| С умеренным и холодным климатом | УХЛ | (NF) | 1 |
| С влажным тропическим климатом | ТВ | (ТН) | |
| С сухим тропическим климатом | ТС | (ТА) | 3 |
| Общеклиматическое исполнение, кроме районов с очень холодным климатом | О | (U) | 5 |
В зависимости от места размещения в условиях эксплуатации аппараты делятся на категории (таблица 2).
Таблица 2 – Исполнение аппаратов в зависимости от условий
окружающей среды
| Категория размещения | Обозначение исполнения аппарата |
| На открытом воздухе | 1 |
| Под навесом или в помещениях, где имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха | 2 |
| В закрытых помещениях с естественной вентиляцией | 3 |
| В помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями | 4 |
| В помещениях с повышенной влажностью | 5 |
На работу аппаратов оказывает влияние и атмосферное давление (определяет прочность внешней электрической изоляции и охлаждение электрических аппаратов).
Таким образом, при выборе электрических аппаратов и их заказе обязательно указываются его исполнение, категория размещения и предельная высота места над уровнем моря. (Большинство аппаратов изготовляется для работы на нормальной высоте до 1000 м над уровнем моря).
С точки зрения места установки аппаратов управления и защиты, они устанавливаются во всех линиях и присоединениях питающей и распределительной сетей. Необходимо только отметить, что не допускается установка аппаратов управления и защиты в зануляющих (заземляющих) проводниках всех видов. Однако аппараты защиты могут устанавливаться в нулевых проводниках, в том числе и при использовании их в качестве зануляющих, при условии, что они одновременно отключают все фазные сети.
Выборрубильников, пакетных выключателей, тумблеров, кнопок, конечных выключателей производится по условиям:
– по номинальному напряжению сети
|
|
|
(4)
где 
– номинальное напряжение аппарата;
Uсети – номинальное напряжение сети.
– по длительному расчетному току цепи
(5)
где 
– номинальный ток аппарата;
– длительный расчетный ток цепи.
Под длительным расчетным током в общем случае здесь идалее понимается не номинальный ток отдельного электроприемника, а действительно протекающий по линии ток.
Выбор магнитных пускателей, контакторовпроизводится по условиям:
– по номинальному напряжению сети
(6)
где – номинальное напряжение катушки аппарата.
– по номинальному току нагрузки (длительный расчетный ток цепи) силовых и вспомогательных контактов
(7)
где 
– номинальный ток аппарата для конкретного режима
работы;
– номинальный ток нагрузки.
– по мощности электродвигателя исполнительного механизма (для магнитных пускателей). Этот выбор предполагает наличие в справочниках таблиц, в которых к конкретному двигателю указывается конкретный тип пускателя;
– по номинальному напряжению силовых и вспомогательных контактов аппарата
(8)
– по числу включений в час, с учетом коммутационной и механической износостойкости;
– по времени включения и отключения (для контакторов в схемах управления, где необходимо определять в целом общее время срабатывания аппаратов).
Пример. Выбрать реверсивный магнитный пускатель типа ПМЛ для дистанционного управления асинхронным двигателем 4А160S2У3 со следующими паспортными данными: Uн = 380В, Рн = 15кВт, cosφН = 0,91, 
Н = 0,88. Катушка магнитного пускателя включена в цепь управления напряжением 110В. Защитное исполнение магнитного пускателя IP20.
Решение.
1) Определим номинальный ток электродвигателя
2) Магнитные пускатели выбираются:
– по номинальному напряжению сети
– по номинальному току силовых контактов
|
|
|
– по номинальному напряжению цепи управления
– по исполнению магнитного пускателя.
3) С учетом вышеизложенного выбираем магнитный пускатель ПМЛ-3520У1 с Uном = 380В, Uк = 110В на номинальный ток силовых контактов 40А, реверсивный без теплового реле с электрической и механической блокировками, степень защиты IР23 с кнопками «Пуск» и «Стоп», количество контактов вспомогательной цепи – 1з+1р для умеренного климата.
Выбор реле напряжения производится по условиям:
– по номинальному напряжению сети
(9)
где 
– номинальное напряжение катушки аппарата.
– по току, коммутируемому контактами
(10)
где – номинальный ток, коммутируемый контактами (зависит
в том числе от характера нагрузки - индуктивная и т.д., от режима работы - включения, отключения);
– номинальный ток нагрузки.
– по напряжению контактов
(11)
где 
– допустимое напряжение контактов.
– по числу и исполнению контактов.
Выбор предохранителей производится по условиям:
– по номинальному напряжению сети
(12)
где 
– номинальное напряжение предохранителя.
Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети.
– по длительному расчетному току линии
(13)
где 
– номинальный ток плавкой вставки;
– длительный расчетный ток линии.
– по условиям пуска асинхронных двигателей (с короткозамкнутым ротором)
(14)
где a – коэффициент, зависящий от условий пуска
(продолжительность пуска);
a = 1,5-2,5.
Пример.
Рассчитать и выбрать плавкую вставку предохранителя НПН2 для защиты асинхронного электродвигателя 4А160S2У3 с мягкими условиями пуска (α = 2,5).
Решение.
1) Выпишем из справочника технические характеристики электродвигателя:
Рном = 15кВт, Uн = 380В, cosφН = 0,91, 
Н = 0,88, λi = 7,5.
2) Определим номинальный ток электродвигателя
3) Определим пусковой ток электродвигателя
4) Определим расчетное значение тока плавкой вставки
5) Исходя из условия 
выбираем предохранитель НПН2-100 с номинальным током плавкой вставки 
= 100А.
– по расчетному току линии, питающей несколько двигателей с короткозамкнутым ротором
(15)
где 
– расчетный ток линии, равный S 
.
Разность 
берется для двигателя, у которого она наибольшая.
Пример.
Для защиты сети, питающей группу асинхронных электродвигателей М1, М2, М3, М4 с тяжелыми условиями пуска (α = 2,0) выбрать предохранители типа ПР2. Технические характеристики двигателей приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Технические характеристики электродвигателей
| Условное обозначение на схеме электрической принципиальной | Тип электродвигателя | Рн, кВт | Uн, В | λi | cosφН |  Н
|
| М1 | 4АН160S2У3 | 22,0 | 380 | 7,0 | 0,88 | 0,88 |
| М2 | 4А112М2У3 | 7,5 | 380 | 7,5 | 0,88 | 0,875 |
| М3 | 4АХ90L4У3 | 2,2 | 380 | 6,0 | 0,83 | 0,80 |
| М4 | 4А112МА6У3 | 3,0 | 380 | 6,0 | 0,76 | 0,81 |
Решение.
1) Определим номинальные и пусковые токи электродвигателей по формулам
Результаты расчета оформим в виде таблице 4.
Таблица 4 – Расчет номинальных и пусковых токов электродвигателей
| Условное обозначение на схеме электрической принципиальной | Тип электродвигателя |  , А
|  , А
| -  , А
|
| М1 | 4АН160S2У3 | 43,2 | 302,5 | 259,3 |
| М2 | 4А112М2У3 | 14,8 | 111,1 | 96,3 |
| М3 | 4АХ90L4У3 | 5,0 | 30,2 | 25,2 |
| М4 | 4А112МА6У3 | 7,4 | 44,5 | 37,1 |
2) Расчетный ток плавкой вставки определяем по формуле
где 
- 
– берется для двигателя у которого она наибольшая (в нашем случае – для двигателя М1).
3) Выбираем предохранитель ПР2-200 с плавкой вставкой, рассчитанной на номинальный ток Iвст.ном = 160А.
– для двигателя с фазным ротором, если 
, то
(16)
– для цепей управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению
(17)
где 
– наибольший суммарный ток, потребляемый
катушками аппаратов, сигнальными лампами и
т.д. при их одновременной работе;
вкл.макс – наибольший суммарный ток, потребляемый при
одновременном включении катушек аппаратов.
Необходимо отметить, что плавкие предохранители, выбираемые по вышеуказанным формулам для защиты цепей, осуществляют защиту только от режима короткого замыкания.
Кроме того, как уже отмечалось выше, все последовательно установленные плавкие предохранители должны работать по возможности селективно. Это условие выполняется, если номинальные токи плавких вставок, защищающих соседние участки, различаются между собой не менее чем на одну ступень.
Выбор автоматических выключателей производится по условиям:
– по номинальному напряжению сети и длительному току линии, протекающему через контакты автоматического выключателя
, (18)
где 
– длительный расчетный ток линии.
– по номинальному току теплового расцепителя
(19)
где 
– номинальный ток теплового расцепителя.
Для двигателей, работающих в длительном режиме работы, 
должен равняться номинальному току электродвигателя. Для других режимов работы двигателей при таком условии выбора эффективная защита не обеспечивается. Поэтому необходима, например, терморезисторная защита
– по току уставки электромагнитного расцепителя
(20)
где 
– ток уставки расцепителя для защиты от
короткого замыкания (электромагнитный
расцепитель);
– пусковой ток двигателя с короткозамкнутым ротором.
Пример.
Выбрать автоматический выключатель серии ВА для защиты асинхронного двигателя 4А160М4У3 со следующим паспортными данными: Рном = 18,5кВт, Uн = 380В, cosφН =0,88, 
Н = 0,89, λi = 7,0.
Решение.
1) Определим номинальный и пусковой токи электродвигателя
2) Определим расчетный ток теплового расцепителя
3) Определим расчетный ток электромагнитного расцепителя
4) Выбираем автоматический выключатель ВА51Г-31 на напряжение 380В, с номинальным током силовых контактов 100А, с тепловым расцепителем на ток 
, с кратностью тока электромагнитного расцепителя n = 14.
5) Определим номинальный ток электромагнитного расцепителя
Следовательно условие 
выполняется.
– для асинхронных двигателей с фазным ротором
(21)
– для группы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
(22)
где 
– берется для самого мощного
электродвигателя;
– сумма номинальных токов, одновременно
работающих двигателей.
Пример.
Выбрать автоматический выключатель серии ВА для защиты группы электродвигателей М1, М2, М3, М4 паспортные данные которых приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Технические характеристики электродвигателей
| Условное обозначение на схеме электрической принципиальной | Тип электродвигателя | Рн, кВт | Uн, В | λi | cosφН |  Н
|
| М1 | 4АН160S2У3 | 22,0 | 380 | 7,0 | 0,88 | 0,88 |
| М2 | 4А112М2У3 | 7,5 | 380 | 7,5 | 0,88 | 0,875 |
| М3 | 4АХ90L4У3 | 2,2 | 380 | 6,0 | 0,83 | 0,80 |
| М4 | 4А112МА6У3 | 3,0 | 380 | 6,0 | 0,76 | 0,81 |
Решение.
1) Определим длительный расчетный ток линии
2) Определим расчетное значение тока теплового расцепителя
3) Определим расчетное значение тока электромагнитного расцепителя
4) Выбираем автоматический выключатель ВА52-31 на напряжение Uн = 380В, Iн = 100А с тепловым расцепителем 
= 80А и кратностью электромагнитного расцепителя n = 7. Тогда
– для группы асинхронных двигателей с фазным ротором
(23)
где 
– ток двигателя с наибольшим пусковым током.
Надежность срабатывания автоматов может проверяться по расчетному току короткого замыкания. При этом для автоматов с электромагнитным расцепителем должно выполняться условие
Предельно отключаемый автоматом ток должен быть не менее 
Выбор тепловых реле производится:
– по номинальному току теплового элемента;
– по номинальному току двигателя (или длительному расчетному току нагрузки).
Для двигателей, работающих в длительном режиме работ, должно выполняться условие
(24)
Пример.
Выбрать тепловое реле типа РТЛ для защиты электродвигателя 4АН180S4У3 со следующими паспортными данными: Рном = 30кВт, Uн = 380В, cosφН =0,84, 
Н = 0,9. Условие пуска: α = 1,8.
Решение.
1) Определим номинальный ток электродвигателя
2) Номинальный ток теплового элемента должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя 
3) Выбираем тепловое реле типа РТЛ-2061 с диапазоном регулирования уставок 54-74А.
Для двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме, рекомендуется использовать встроенные блоки защиты с терморезисторами для защиты от перегрузки.
Для двигателей, работающих в кратковременном режиме, тепловая защита не используется за исключением случаев возможной работы двигателя на упор.
