Рефетека.ру / Физика

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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

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, КI – 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):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Пусковой ток (действующее значение):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Ударный пусковой ток (амплитудное значение):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения принимаем

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения ,


а в режиме редких коммутаций:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


Оба условия пускателя ПМЛ 221002 выполняются, так как:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения ,


а в режиме редких коммутаций:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


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 QF1 – QF5 (рис. 2 (а));

б) плавкие предохранители F1 - F5 (рис. 2(б)).

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабженияЭлектрические и электронные аппараты в системах электроснабженияЭлектрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Рис. 2. Участок радиальной схемы цеховой электрической сети: ТП – трансформаторная подстанция; РУ – распределительное устройство; КЛ - кабель; QF1 – QF5 – автоматы; М1 – М4 – двигатели; F1 - F5 – 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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


где Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения– сумма пусковых токов всех самозапускающихся двигателей.


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


Таблица 1

Мощность

двигателя,

кВт

Ток двигателя, А

Ток вставки, А


номинальный пусковой расчетный принятый




ПР-2 ПН-2 НПН, НПР

11

11

7,5

7,5

21,1

22

14,8

15,1

158,25

165

111

98,2

68,4

69,92

47,04

41,61

80

80

60

60

80

80

50

50

80

80

63

63


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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабженияЭлектрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


где Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения– сумма номинальных токов работающих двигателей;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения – сумма пусковых токов самых крупных двигателей.


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


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.

Мощность двигателя, кВт

Ток двигателя, А

Расчетные токи срабатывания расцепителей, А

Принятые токи срабатывания расцепителей, А


номинальный пусковой Зависимые Мгновенные Зависимые Мгновенные

11

11

7,5

7,5

21,1

22

14,8

15,1

158,25

165

111

98,2

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

23,98

16,13

16,5

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

247

166,5

147,3

35

35

20

20

400

400

180

180


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):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.


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

Ток срабатывания зависимого расцепителя автомата А3700:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


что удовлетворяет требованию:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения, 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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


или с учетом разброса минимальный ток срабатывания независимого расцепителя:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


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.


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Рис. 4. Схема питания трансформатора от магистральной линии

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

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:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


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


Таблица 1

Параметры

Значения параметров

Условия

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Отключающая

способность

- ток отключения I ОТКЛ, кА


380

15


263


380

63


315


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Автомат типа

АК-63


Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Отключающая

способность

- ток отключе- ния I ОТКЛ, кА


380

15


263


До 500

16


800


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Предохранитель серии ПП21

Номинальные

- напряжение

UН, В;

- ток I Н, А.

Термическая стойкость, кА2с:

Динамическая стойкость, кА:


380

15



До 660

400


144

30


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Рубильник трехполюсный серии Р34

[2,табл.6.1]


6. Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения


Выбрать выключатель, установленный за трансформатором типа ТМН – 2500/110 в сети с номинальным напряжением Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения.

Для заданного типа трансформатора выпишем его основные технические параметры: Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Определим номинальный ток на стороне НН:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


Мощность трехфазного КЗ на выводах НН:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,

где Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжениядля трансформаторов класса напряжения 110 кВ.

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


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


где Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения=1,3 – для сетей НН.

Определим номинальный ток на стороне ВН:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


Мощность трехфазного КЗ на выводах ВН: Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжениядля трансформаторов класса напряжения 110 кВ. Начальное действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


Амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения,


где Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения=1,8 – для сетей ВН.


Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Предохранитель типа

ПВТ-104-110-50-2,5У1

Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



Электрические и электронные аппараты в системах электроснабженияТаблица 2 для рис. 4

Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Разъеденитель(QS) РНД31а- 110/1000У1

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – tтс., с.

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



Электрические и электронные аппараты в системах электроснабженияТаблица 3 для рис. 5

Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Предохранитель (F)

ПКТ-104-10-160-20УЗ

(С кварцевым наполнителем)

Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Короткозамыкатель(QN)

КЗ-110УХЛ1

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – tтс., с.

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Выключатель(Q)

ВВЭ-10-20/630УЗ

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – tтс., с.

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Отключающая

способность

-действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Включающая

способность

- начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА.

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



Параметры

Значение параметра

Условие

выбора

Тип

аппарата


сети аппарата

Номинальные

- напряжение,

кВ;

-ток, А;

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Выключатель нагрузки

ВНП-10/400-10УЗ

Электродинамическая стойкость

- амплитудное значение полного тока КЗ, кА;

- начальное действу­ющее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения


Термическая

стойкость

- действующее значение тока КЗ, кА, приведенное ко времени термической стойкости – tтс., с.

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения

Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения



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.

Рефетека ру refoteka@gmail.com