Методические указания к решению задачи 7

Для решения этой задачи необходимо знать методику определения сечений проводников по допускаемому току нагрузки и потере напряже­ния, а также расчет нагрузок методом коэффициента спроса. Рассмотри­те решение примера 9 и разберитесь в материале таблиц 8-14.

Пример 9. Асинхронные двигатели серии 4А присоединены к распределительному пункту РП через предохранители и магнитные пускатели ПМ. РП получает питание от подстанции ТП по магистральной линии длиной ℓ_м = 20 м через автомат А (рис. 8). Номинальное напряжение двигате­лей U_ном..Вид оборудования, количество их двигателей, их тип приведены в табл. 4. Распределительные линии от РП до двигателей имеют длины ℓ₁ = ℓ_{2 =} ℓ₃ = ℓ₄ = ℓ₅ = 15 м и ℓ₆ = ℓ_{7 =} ℓ₈ = ℓ₉ = ℓ₁₀ = 10 м. Согласно табл.З магистральная линия выполнена кабелем АВВГ, проложенным на скобах; от­ветвления к двигателям выполнены проводом АПРТО, проложенным в стальных трубах в полу.

Определить I) активную Р_р ,, реактивную Q_р и полную S_p мощности на шинах РП методом коэффициента спроса; 2) расчетный ток I_p в маги­страли; 3) сечение магистральной линии по допускаемой нагрузке и по­тере напряжения; 4) выбрать автомат магистрали с комбинированным расцепителем и определить его установку; 5) рассчитать номинальные токи двигателей, по которым выбрать сечения линий, отходящих от РП; 6) вы­брать предохранители и магнитные пускатели; 7) определить потерю на­пряжения в наиболее нагруженной линии, после чего найти суммарную по­терю напряжения в магистральной линии и линии, отходящей от РП; 8)выбрать диаметр трубы для прокладки проводов.

Таблица 3

Марка провода, кабеля	Наименование и конструкции	Область применения и способ прокладки
АПР	Провод с алюминиевой жилой и резиновой изоляцией, в пропитанной хлопчатобумажной оплётке, до 3000 В	Силовые и осветительные линии внутри помещений и вне зданий, и пожароопасных помещениях. Прокладка на изоляторах в винипластовых трубках, по металлическим и бетонным поверхностям.
АПРТО	То же, но для прокладки в трубах.	Силовые и осветительные линии во взрывоопасных помещениях по вибрирующим поверхностям машин. Прокладка в стальных трубах и металлорукавах.
АППВ	Провод плоский, алюминиевый, из двух или трёх параллельно уложенных жил изолированных и разделённых поливинилхлоридным пластикатом	Осветительные линии внутри сухих и сырых помещений по стенам и потолкам, до 500 В. Прокладка открытая с креплением гвоздями или скобами.
АПВ	Провод алюминиевый с поливинилхлоридной изоляцией.	Силовые и осветительные линии внутри помещений (сухих, сырых, с парами кислот и щелочей) при температуре до 400С. Прокладка на изоляторах, в винилитовых или стальных трубах по металлическим и бетонным поверхностям
ААВ	Кабель с алюминиевыми жилами, бумажной пропитанной изоляцией, алюминиевой оболочкой, бронирован стальными лентами, с джутовым покровом	Прокладка в земле (в траншеях)
ААШВ	То же, но поверх алюминиевой оболочки наложен поливинилхлоридный шовный шланг (не бронированный)	Прокладка в земле и внутри помещений с химически активной средой
АВВГ	Кабель с алюминиевыми жилами; изоляция жил и общая из поливинилхлорида	Прокладка внутри помещений по лоткам, на скобах. Возможна в земле или стальных трубах

Решение. 1.По табл.2 определяем мощности электродвигателей: 4АР161S4У – 15 кВт; 4А250S4У3 – 75 кВт; 4А250S6У3 – 45 кВт; 4А1000S2У3 -4 кВт; 4АР180М6У3 – 16 кВт и заносим их в табл.4.

Таблица 4

№ п/п	Тип оборудования	Кол-во	Тип электродвигателя	Мощность 1 двигателя, кВт
	Станок фрезерный		4АР161S4У
	Станок строгальный		4А250S4У3
	Пресс		4А250S6У3
	Конвейер		4А1000S2У3
	Вентилятор		4АР180М6У3

3.По табл.6 находим K_с и tg φ_м для каждого типа оборудования и заносим их в табл.5.

Таблица 5

№ п/п	Тип оборудования	Количество	Кс	tg φм
	Станок фрезерный		0,16	1,73
	Станок строгальный		0,17	1,17
	Пресс		0,17	1,17
	Конвейер		0,55	0,88
	Вентилятор		0,65	0,75

Таблица 6

Название механизмов	Кс	tg φр
Металлорежущие станки крупносерийногопроизводства с нормальным режимом работы: токарные, фрезерные, сверлильные, строгальные и др.	0,16	1,73
То же, при тяжелом режиме работы: штампы, прессы, крупные токарные, фрезерные, строгальные, карусельные, расточные станки	0,17	1,17
То же, с особо тяжелым режимом работы: молоты, ковочные машины, волочильные станки, прессы и др.	0,2-0,24	1,17
Вентиляторы	0,6-0,65	0,75
Насосы, компрессоры	0,7	0,62
Конвейеры, шнеки, элеваторы	0,55	0,88
Групповые сети освещения		0,33-0,5

Определяем расчетные активную, реактивную и полную мощности на РП методом коэффициента спроса:

P_p = ∑ P_ном К_с = 2*15*0,16 + 2*75*0,17 + 2*45*0,17 + 2*4*0,55 + 16* 1= =64,3 кВт

Q_p = ∑ P_p tg φ_m = 2*15*0.16*1.73 + 2*75*0.17*1.17 + + 2*45*0,17*1,17 + +2*4*0,55*0,88 + 16*0,5= 67,912 квар

3. Сила тока в магистральном кабеле:

Здесь U_ном =380 В = 0,38 кВ

Значения коэффициентов спроса k_c и tg φ_р для некоторых механизмов даны в табл. 6.

Допустимые длительные токи для трехжильным кабелей о алюминиевыми жилами на напряжение до 1000 В приведены в табл. 7.

4. По таблице 7 выбираем четырехжильные кабели АВВГ, проложенные в воздухе, Сечением Sм=95мм² с допускаемым током 170А. Так как кабель четырехжильный, то вводим коэффициент 0,92 и допускаемый ток состоит 170*0,92=156,4 А, что больше 145А.

Таблица 7

Сечение жилы,мм2.	Ток (А) для кабелей с изоляцией.
Резиновой или пластмассовой *	Бумажной пропитанной **
В воздухе	В земле	В воздухе	В земле
2,5			-	-
			-	-
			-	-

*) для четырехжильных кабелей вводить коэффициент 0,92.

**) Для четырехжильных.

5. Выбранное сечение проверяем по потере напряжения, пользуясь формулой
ΔU_м = Р_pL_м1000/( S_мU_ном) = 64,3 20 1000/(32 95 380)=1,11 В.

Здесь Р_р- расчетная активная мощность, кВт; L_м - длина магистрали, м; γ -удельная проводимость, для алюминия 32 м/Ом*мм²; S_м - сечение магистрали,мм²; Uном – напряжение, В.

6. Выбираем для магистрали автомат серии А 3700 по току I_p=145А, пользуясь таблицей 8. Принимаем автомат А3715Б на номинальный ток теплового расцепителя 160 А, что больше 145 А. Расцепитель сработает при токе 185 А. Электромагнитный расцепитель отключает автомат при токе 630 или1600 А.

7. Определяем номинальные токи двигателей по формуле:

I_ном = P_ном* 1000/ ( U_ном *η_ном* cos _ном )

Здесь Р_ном - номинальная мощность, кВт; Uном=380 В; η_ном - номинальный КПД; cosф_ном – номинальный коэффициент мощности. Все эти значения принимаем из таблицы 2. Например: для двигателя 2 типа 4А250S4У3 номинальный ток I_ном2 = 75*1000/(1,73*380*0,93*0,6) = 136А. Аналогично вычисляем номинальные токи остальных двигателей и заносим в следующую таблицу:

Номер двигателя.	Iном, А	Iпуск, А	S,мм2	Номер двигателя	Iном, А	Iпуск, А	S,мм2
	31,7				7,9		2,5
						157,5
	83,5			-	-	-	-

8. По номинальным токам электродвигателей выбираем сечения проводов марки АПРТО (одного трехжильного), пользуясь таблицей 10. Для двигателя №1 выбираем сечение по току 31,7 А. Сечения для остальных двигателей приведены выше в таблице.

9. По таблице 11 выбираем диаметры труб для прокладки проводов ответвлений. Для трехжильного провода АПРТО при сечениях 2,5 и 4 мм² выбираем диаметр 20 мм; для 10 мм² – 25мм; для 55 мм²- 50мм; для 70 мм²-70мм.

Таблица 8.

Типы автоматов	Номинальный ток, А	Уставка тока срабатывания, А
Выключателя	Электромагнитных расцепителей	Тепловых расцепителей	Тепловых расцепителей	Электромагнитных расцепителей
А3715Б					630;1600
А3725Б
А3726Б
А3735Б
А3736Б
А3745Б
А3746Б

10. Выбор предохранителей. Расчет плавких вставок. Силовые распределительные шкафы комплектуются обычно предохранителями типа ПН2. Технические данные предохранителей приведены в таблице 12.

При защите одиночного электроприемника выбор плавких вставок производится по двум условиям:

1. Плавная вставка не должна перегорать при длительном токе нагрузки I_пв ≥ I_н, где I_н - номинальный ток электроприемника,

- для электродвигателя;

- для осветительной нагрузки.

2. Плавная вставка не должна перегорать при пуске электродвигателя
I_пв ≥ (I_пуск/α),

где I_пуск - пусковой ток электродвигателя, α - коэффициент снижения пускового тока. Значение принимается по таблице 9.

Таблица 9.

Значения α с учётом режима пуска асинхронных двигателей

Характеристика пуска	Тип предохранителя
ПР	НПН
Легкий пуск: длительность пуска до 2,5 с при кратности пускового тока 5 и меньше и до 1,5 с при кратности пускового тока более 5, редкие пуски (насосы, вентиляторы, металлообрабатывающие станки).		2,5
Тяжелый пуск: длительность пуска более2,5 с при любой кратности пустого тока и более 1,5 с при кратности пускового тока более 5, частые пуски, более15 раз в час, с частными реверсами (краны, центрифуги, дробилки).		1,6

Для двигателя №1 ток плавной вставки определены по двум условиям:
Ip = I_ном1 = 31,7 < Iпв = 35A

I_пв ≥ (I_пуск/α)= 2.38/2.5 = 95.2 А

Исходя из второго условия, принимаем плавкую вставку 100А, предохранитель ПН-2, I_ном = 100А.

Для двигателя №2 Ip=I_ном2 = 136 < Iпв =150A

I_пв ≥ (I_пуск/α)= 1020/2,5 = 408 А

Принимаем плавкую вставку 500А, предохранитель ПН-2, Iном = 600A.

Для двигателя №3: Ip=I_ном3=83.5A<Iпв=100A

I_пв ≥ (I_пуск/α) = 543/2,5 = 217 А

Принимаем плавкую вставку 250А, ПН-2, iном=250А.

Для двигателя №4: Ip=I_ном4=7,9<Iпв=10A

I_пв ≥ (I_пуск/α) = 59/2,5 = 23,6 А

Принимаем плавкую вставку 25А, предохранитель НПН-2, Iном=60A.

Для осветительного щитка:

Принимаем плавкую вставку из условия Iпв ≥ 1,1 I_р , 30>26.4

Предохранитель ПН-2, I_ном = 100А.

Допустимые длительные токи для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами приведены в таблице 10.

Таблица 10

.

Сечение жилы,мм2	Ток(А) для проводов, проложенных
открыто	В одной трубе
Трех одножильных	Четырех одножильных	Одного трехжильного
2,5
			-	-

Сведения о стальных трубах для прокладки в них одножильных проводов АПР, АПРТО,АПВ приведены в таблице 11.

Технические данные автоматов серии АЕ2000 приведены в таблице 13.

Таблица11

.

Стальные трубы	Наибольшее количество проводов в трубе при сечении жил, мм
Водогазопроводные (Толстостенные), условный проход, мм	Электросварные (тонкостенные), наружный диаметр, мм
		4-6	4-6	4-6
		10-16	10-16
		25-35	25-35
	-
	-	95-120

Таблица12

Технические данные предохранителей.

Тип предохранителя	Номинальные ток патрона, А	Номинальный ток плавной вставки, А	Характеристика предохранителя
ПР-2		6, 10,15, 15, 20, 25,35, 45, 60 60, 80, 100 100, 125, 160, 200 200, 225, 260, 300, 350 350, 430, 500, 600 600, 700, 850, 1000	Трубочные, с закрытым разборным патроном, без наполнителя, токоограничивающий
НПН-2		6,10,15 15,20,25,35,45,60	Трубчатый, с закрытым неразборным патроном, с наполнителем, безинерционный
ПН-2		30,40,50,60,80,100 80,100,120,150,200,250 200,250,300,350,400 300,400,500,600 500,600,750,800,1000	Трубчатый, с закрытым разборным патроном, с наполненным, безинерционный.
ПНБ-3		63,100 250,300 400,500	Трубчаты, с закрытым патроном, с наполнителем, быстродействующий
ПНБ-5		40,63,100 160,250 315,400 500,630

Таблица13

Типы автоматов	Номинальные токи выключателя, А	Номинальные токи расцепителей, А	Вид расцепителя
АЕ2020		0,3-0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4,5; 6,3;8;10;12,5;16 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,5; 3,15; 4;5;6,3; 8;10; 12,5	К; Эм К К или Эм К
АЕ2030		0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25	Эм
АЕ2040		10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63	К или Эм
АЕ2050		16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100	К или Эм

Примечание. Уставка тока срабатывания электромагнитного расцепителя
I2 I_ном; вид расцепителя: К- комбинированный, Эм- электромагнитный.

Проверка показывает, что выбранные автоматы не сработают при пуске.

11 Определим потерю напряжения в линии к наиболее мощному двигателю №2; одновременно он является самым удаленным, поэтому потеря напряжения до него будет наибольшей. Потеря напряжения в ответвлениях всегда определяется по номинальной мощности двигателя, в магистрали – по расчётной -
ΔU₂ = P_ном2 ℓ₂ 1000/(γS₂ U_ном =75*15*1000/(32*70*380) = 1,32 В

Суммарная потеря напряжения от подстанции до двигателя №2:
ΔU = ΔU_м + ΔU₂=1,11+1,32=1,43 В

В линиях напряжением до 1000 В допускаемая потеря напряжения равна 19В. Так как 1,43<19, то сеть проходит по потери напряжения. До остальных менее мощных и менее удаленных двигателей потеря напряжения будет еще меньше.

12. По номинальным мощностям электродвигателей выбираем магнитные пускатели с тепловыми реле, пользуясь таблицей 14. Для двигателя №1 с
Р_ном1 = 15кВТ и током _Iном = 31,7А выбираем пускатель защищенного исполнения типа ПАЕ-312 с тепловым реле ТРН-32. Предельная мощность включаемого двигателя 17 кВт, что больше 15кВт. Аналогично выбираем пускатели для остальных двигателей.

Для управления электродвигателями служат электромагнитные пускатели с тепловыми реле; сведения о них даны в таблице 14.

Таблица14

Исполнение	Величина пускателя	Тепловое реле	Предельная мощность двигателя, кВт
открытое	Защищенное
ПМЕ-112	ПМЕ-122		ТРН-8
ПМЕ-212	ПМЕ-222		ТРН-25
ПАЕ-312	ПАЕ-322		ТРН-32
ПАЕ-412	ПАЕ-422		ТРН-60
ПАЕ-%12	ПАЕ-522		ТРН-150
ПАЕ-612	ПАЕ-622		ТРН-150