Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 401
Скачиваний: 11
ненпю с первым двигателем. Таким образом, второй двигатель меньшей мощности разовьет больший пусковой момент (0,444 > > 0,4) и двигатель с тем же насосом развернется.
Для протяженных ответвлений к двигателям с корот козамкнутым ротором допустимая потеря напряжения определяется из условий сохранения пускового момента, обеспечивающего разворот электропривода. Если началь ный момент сопротивления механизма обозначим в отно сительных единицах М"пр, номинальный пусковой момент
двигателя при пуске от полного напряжения М п, а для
успешного запуска двигателя необходим избыток по мо менту 10%, то
где UH— номинальное напряжение, В; Un — напряжение при пуске, В.
Например, М пр = 0,4, Мп = 1,2, тогда
т. е. при пуске двигателя потеря напряжения должна быть не более 39%. При крупных двигателях следует учитывать также потерю напряжения в магистрали и питающем трансформаторе. Величины М иѵ берутся из
справочника по электроприводам, а М и — из каталогов.
При работе двигателей в цеховых сетях допустимое отклонение напряжения составляет 5% (по расчетному току в рабочем режиме). При частых пусках крупных двигателей с большим пусковым током, создающим пико вый ток /пиК, допускается отклонение напряжения до 10%, а при редких пусках — до 15%. Этот предел обусловлен необходимостью сохранения в работе остальных двига телей в данной сети, так как напряжение отпадания кон такторов 0,8—0,75 номинального.
Допустимое отклонение напряжения на отдельных участках крановых сетей составляет (числитель — трех фазный ток, знаменатель — постоянный):
Питающая магистраль и распределитель |
4—5/6% |
ная сеть ................................................... |
|
Главные крановые троллеи .................... |
6 -5/7,5-4% |
Троллеи и соединительные провода в пре- |
5/1.5—5 |
делах крана |
|
Всего (не более) |
15/15% |
240
По условиям надежной работы катушек контакторов рекомендуется суммарное отклонение допускать не более 13%. Для сварочных машин отклонение напряжения не должно превышать 5—10% и для роликовых (шовная сварка) 3%. В осветительных сетях допускается отклоне ние напряжения на наиболее удаленной лампе до 2,5%. В цехах металлопокрытий отклонения напряжения на ваннах принимаются в пределах 10%. В электролизных установках — в зависимости от технологии.
Для отдельных потребителей устанавливаются спе циальные требования в отношении допустимых от клонений напряжения, например для ЭВМ и устано
вок, испытывающих |
электроаппараты, приборы, реле |
и т. п. |
обычных потребителей наиболее |
Таким образом, из |
жесткие требования в отношении допустимого отклонения напряжения предъявляют осветительные установки. Так как в цеховых трансформаторах, питающих установки на пряжением до 1000 В, вторичное напряжение холостого хода выше номинального на 5% (с регулировкой в преде лах ± 5 % ), то в зависимости от загрузки трансформатора К 3 и coscp нагрузки потеря напряжения в самом трансфор маторе составляет менее 5%; соответственно получается «располагаемая» потеря напряжения, состоящая из до пустимого отклонения и остатка превышения напряже ния над номинальным на выходе трансформатора при данной нагрузке. Так, при совместном питании силовой и осветительной нагрузки от общего трансформатора мощ ностью до 400 кВ-А располагаемая потеря напряжения в осветительной сети составляет 3 %, а при мощностях свыше 400 кВ-А 3,5%. При раздельном питании силовых и осветительных приемников, когда трансформатор пи тает только освещение, потеря напряжения в нем умень шается и располагаемая потеря напряжения увеличива ется: при трансформаторах мощностью до 160 кВ-А до 5%, свыше 160 кВ-А до 5,5%.
Указанные величины допустимых и располагаемых потерь напряжения являются условными. Как показывают наблюдения и анализ отклонений и колебаний уровней напряжения в сетях предприятий, эти величины должны быть согласованы с уровнями напряжений в общей системе электроснабжения (см. § 12-1).
241
7-2. ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
При расчете токов короткого замыкания в цеховых сетях переменного тока до 1000 В необходимо учитывать активные сопротивления цепи, в том числе активные сопротивления контактов коммутационной аппаратуры, токовых обмоток автоматов и реле, обмоток трансформа торов тока и т. п. Общее их сопротивление может быть
что влияет на величину полного сопротивления цепи z. Вследствие значительной удаленности места корот когозамыкания (жрасч > 3) периодическая составляющая
сверхпереходного тока Г получается равной установив шемуся значению тока /да. Ударный коэффициент Ку при замыканиях на шинах 380—660 В цеховых ТП полу чается около 1,3, а в цеховых сетях — около 1,0.
Опыты, проведенные проф. О. Б. Броном [Л. 1-11], показали, что в реальных условиях значения токов к. з. получаются ниже расчетных и что имеется некоторый предел около 75 кА, выше которого токи к. з. не наблю даются. Это объясняется неполными металлическими за мыканиями вследствие больших электродинамических уси лий, возникающих при к. з. между токоведущими частями. Например, металлический предмет при набросе на шины 380 В будет отброшен в сторону, и величина тока к. з. будет значительно ниже по сравнению с тем случаем, когда этот предмет будет приболчен к шинам и на них будет подано напряжение, т. е. при чисто металличес ком к. з.
Тем не менее вопрос устойчивости токам к. з. в установ ках напряжением до 1000 В является актуальным. До последних лет разрывная мощность низковольтной аппа ратуры лимитировала мощность трансформаторов цехо вых ТП до 1000 кВ-А.
Сопротивления контактов в сетях до 1000 В можно учитывать введением в расчетную схему активного сопро тивления [Л. 1-7]:
а) для распределительных щитов на подстанциях 0,015 Ом;
б) для первичных цеховых распределительных пунк тов и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов ТП или от магистралей, 0,02 Ом;
242
в) для вторичных цеховых распределительных пунк тов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов, 0,025 Ом;
г) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов, 0,03 Ом.
Мощность к. з. на напряжении до 1000 В в основном зависит от реактивного сопротивления трансформатора цеховой ТП, и для практических расчетов можно пользо ваться кривыми для токов к. з., приводимыми в справоч никах. Кривые построены для различных мощностей трансформаторов, длин и сечений кабельных линий, от ходящих от распределительного щита ТП.
Особую проблему составляет расчет однофазных токов к, з. в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В. В этих сетях применяется система защитного заземления через нулевой провод, с отключением в воз можно короткое время замыкания на него плавким предо хранителем или автоматом. Ток однофазного к. з.
j n __________220_________
' 3 |
К ( Г т + Г ф + Г 0)2 + |
( Ж то + Ж ф 0) 2 ’ |
где гт — активное |
сопротивление |
трансформатора; Гф и |
г0 — активное сопротивление фазного и нулевого прово дов; хт0, Хф0 — индуктивное сопротивление нулевой пос ледовательности трансформатора и цепи фаза-нуль.
Для успешной защиты персонала необходимо надеж ное отключение однофазного замыкания, т. е.' необходима достаточная величина тока / к .3 при данном сопротив лении цепи фаза-нуль.
Для уменьшения сопротивления нулевой последова тельности трансформатора необходимо применять схему соединения обмоток Д/Ун-И, а не схему У/Ун-12, которая при однофазных замыканиях между фазой и ну левым проводом создает неблагоприятные условия про хождению токов нулевой последовательности. Токи ну левой последовательности в первичных обмотках тран сформатора отсутствуют, а во вторичной обмотке они создают магнитные потоки Ф0, которые в каждое мгнове ние во всех трех стержнях направлены в одну сторону, вследствие чего вынуждены замыкаться через изолирую щую среду—стенки бака и стяжные болты. В результате сопротивление нулевой последовательности трансформа тора резко возрастает.
243
При схеме Д/Ун токи нулевой последовательности циркулируют в первичной обмотке внутри треугольника и не выходят из него в линию. Они находятся в противо фазе с токами нулевой последовательности вторичной обмотки, благодаря чему соответствующие магнитные по токи в стержнях не возникают и сопротивление нулевой последовательности трансформатора получается неболь шим, что важно для улучшения защиты от однофазных замыкании на землю [Л. 16-1].
Основное внимание должно быть обращено на индук тивное сопротивление цепи фазы-нуль. При протяженных ответвлениях к электроприемникам, выполняемых про водом в стальной трубе с использованием последней в качестве заземляющего (зануляющего) проводника или трехжильным кабелем в броне с прокладкой специального заземляющего проводника (стальной или алюминиевой полосы), ток однофазного замыкания на землю встречает большое индуктивное сопротивление нулевой последова тельности, обусловленное магнитным экраном трубы или брони. Вследствие этого ток получается недостаточным для сгорания плавкой вставки или отключения авто мата.
По ПУЭ ток однофазного замыкания на землю для надежного срабатывания защиты в установках, не опас ных по взрыву, должен быть не менее трехкратной вели чины тока плавкой вставки предохранителя или тока срабатывания автомата с зависимой характеристикой. При защите сетей автоматом с одним электромагнитным расцепителем с номинальным током, до 100 А кратность тока замыкания на землю должна быть не менее 1,4 и для автоматов с номинальным током более 100 А — 1,25.
Во взрывоопасных помещениях требования к крат ности тока замыкания на землю для автоматов с одним электромагнитым расцепителем сохраняются, для плав ких вставок увеличиваются до четырех, а для автоматов с зависимой характеристикой — до шести. На практике имеют место случаи, когда в вводной коробке электро двигателя короткое замыкание и горит дуга, а защита не срабатывает. Исследования, проводившиеся в СССР и за рубежом, показали, что заземляющие проводники или даже массивные стальные конструкции вне стальной тру бы или брони не играют никакой роли в снижении сопро тивления нулевой последовательности. Ток замыкания на землю по ним почти не идет, а возвращается по трубе или
244
оболочке кабеля, стараясь пройти путем с минимальным магнитным полем.
Этот вопрос чрезвычайно важен для взрыво- и пожа роопасных установок, имеющих протяженные ответвле ния к двигателям (при установке пускателей в специаль ных электропомещениях,особенно для многоэтажных соору жений). Согласно ПУЭ во взрывоопасных помещениях ис пользование в качестве заземления стальной трубы или свинцовой оболочки кабеля запрещено. При проводке в трубах заземляющий провод должен обязательно про кладываться внутри трубы; кабели со свинцовой оболоч кой должны применяться четырехжильными. Голый зануляющий провод, проложенный рядом с трехжильным кабелем со свинцовой оболочкой, создает очень большое сопротивление нулевой последовательности и не дает гарантийного отключения при однофазных замыканиях на землю. При кабелях с алюминиевой оболочкой поло жение улучшается — сопротивление нулевой последо вательности в этом случае настолько снижается, что отпадает необходимость в четвертой жиле. Необходимо только обеспечить надежный контакт этой оболочки в цепи заземления с обоих концов кабеля.
Восветительных сетях разрешение ПУЭ использовать
вкачестве обратного провода металлические конструкции здания рапространяется только на групповую сеть, а все
магистральные и питательные сети должны иметь нулевой провод, проложенный вместе с фазными проводами в об щей трубе, или выполняться четырехжил.ьными кабелями, если они имеют свинцовую оболочку.
7-3. ЗАЩИТА СЕТЕЙ И УСТАНОВОК
Для двигателей применяются следующие виды защит: 1) от перегрузки — тепловые или максимальные реле
с зависимой характеристикой; 2) от внутренних коротких замыканий — плавкие пре
дохранители или автоматы с реле мгновенного действия; 3) от понижения напряжения питающей сети — удер живающие катушки магнитных пускателей или контак
торов.
Для синхронных двигателей применяется также за щита от выпадания из синхронизма при помощи реле напряжения, включающего форсировку возбуждения (АФВ) при снижении напряжения до 0,85 номинального
245
й помогающего двигателю удержаться в синхронизме при снижениях напряжения, и максимально токовых реле с зависимой характеристикой, отключающих двигатель после выпадания его из синхронизма.
Тепловые реле для защиты от перегрузок выполняются по принципу нагревания током проводника, которое вы зывает одно из следующих явлений: 1) деформацию би металлической пластинки; 2) линейное удлинение метал-
Рис. 7-2. Защитные характеристики плавких вставок предохранителей ПИ2.
лической пластинки и 3) расплавление легкоплавкого металла. Тепловые реле для получения одинаковых тем пературных условий окружающей среды должны быть расположены в одном помещении с двигателями. Распо ложение тепловых реле непосредственно в пазу двигателей практического распространения не получило. Трудность подбора тепловых характеристик реле и обмоток двига телей, особенно при режимах ПНР, послужила поводом для отказа от тепловой защиты как неэффективной. Од нако в настоящее время отказ от тепловой защиты допус кается только для двигателей, работающих без пере грузки или находящихся под постоянным наблюдением персонала; во всех остальных случаях тепловая защита
246
является обязательной. Опыт эксплуатации двигателей до 1 000 В показывает, что наличие тепловой защиты, хотя и не совершенной, значительно снижает аварийность этих двигателей из-за перегрузки.
Во взрывоопасных установках положение осложня ется тем, что, как правило, пусковая аппаратура двига телей устанавливается в специальных электропомещениях, где температура может существенно отличаться от темпе ратуры окружающей среды двигателя. Сами тепловые реле термически неустойчивы к коротким замыканиям, и должны быть защищены плавкими предохранителями или автоматами без выдержки времени, устанавливаемыми на ответвлении к двигателю (в силовом шкафу или в ответ вительной коробке на шинопроводе).
Предохранители применяются в основном для защиты от коротких замыканий. Характеристики плавких вста вок предохранителей типа ПН-2 (насыпные) напряжением до 500 В представлены на рис. 7-2. Поскольку плавкие вставки допускают длительную перегрузку до момента плавления, они могут защищать от перегрузки только в том случае, если проводник будет выбран с запасом по пропускной способности не менее 25%. Ответвление к двигателю с короткозамкнутым ротором защищается не от перегрузки, а только от токов к. з.
Ток плавкой вставки, защищающей ответвление к дви гателю от токов к. з., но не перегорающей при пусковом токе, при редких пусках, А
|
1п у с к |
(7-7) |
£ £ С Т S |
|
Для тяжелых условий пуска двигателей с короткозам кнутым ротором (частые пуски и длительное развертыва ние), а также для двигателей с режимом ПКР
I в с т |
(7-8) |
Выбранная таким образом плавкая вставка не защи щает ответвление от перегрузки, однако должно соблю даться соотношение
■^вст =s==3/д, |
(7-9) |
где /д — допустимый ток для данного сечения провод ника.
247
Автоматические выключатели выпускаются следующих серий:
1)АП50 до 50 А на напряжение 380 В переменного и 220 В постоянного тока с минимальным током расцепителя 1,6 А;
2)А3100 до 600 А на напряжение 500 В переменного и 220 В
постоянного тока;
3) |
А3700 на 160—630 А на напряжение 660 В переменного тока; |
4) |
АВМ на 400—2 000 А на напряжение 500 В переменного и |
440 В постоянного тока; |
|
5) |
Э («Электрон») 630—4 000 А на напряжение 660 В. |
Рис. 7-3. Защитные характеристики расцепителей автоматических выключателей АЗІЮ (а) и А3163 (б).
Н а к р и в ы х у к а з а н н о м и н а л ь н ы й т о к р а с ц е п и т е л я . А — с о б с т в е н н о е в р е м я в ы к л ю ч а т е л я ; Г — л и н и я с р е д н и х т о к о в , п р и к о т о р ы х д е й с т в у е т м г н о в е н н о е о т к л ю ч е н и е ; К — х а р а к т е р и с т и к а о д н о п о л ю с н о г о в ы к л ю ч а т е л я А 3 1 6 1 с т е п л о в ы м р а с ц е п и т е л е м 15 А ; 1 — т о к н а г р у з к и п р и к . з . , А .
Автоматы АП50 применяются в мелких установках. В промыш ленных установках наибольшее распространение имеют автоматы серии А3100. Они снабжаются нерегулируемыми расцепителями трех типов: тепловым с обратнозависимой характеристикой на токи до 50 А; электромагнитным с мгновенным (за 0,02 с) отключе нием и комбинированным с тепловым и электромагнитным эле ментами. На рис. 7-3 и 7-4 представлены защитные характеристики автоматов АЗІЮ и А3120—А3140. У автоматов с одним электро магнитным расцепителем зависимая часть характеристики отсут ствует. Фактические характеристики дают разброс для А3100 до
± 30% и для А3130 — А3140 до ± 15%.
Автоматы серии А3700 имеют зависимую часть характеристики с мгновенным отключением при 10-кратном токе расцепителя.
248
Рис. 7-4. Защитные характеристики расцепителей автома тических выключателей А3120, А3130, А3140.
Н а к р и в ы х у к а з а н н о м и н а л ь н ы й т о к р а с ц е п и т е л я . В — д л я A 3 1 2 0 п А 3 1 3 0 и В — д л я А 3 1 4 0 — с о б с т в е н н о е в р е м я в ы к л ю ч а т е л я ; Д — д л я А 3 1 2 0 , Е — д л я А 3 1 3 0 , Ж — А 3 1 4 0 л и н и и с р е д н и х т о к о в м г н о в е н н о г о о т к л ю ч е н и я ; К — т о ж е , ч т о н а р п с . 7 -3 .
Рис. 7-5. Зоны возможных за |
Рис. 7-6. Зоны возможных за |
щитных характеристик авто |
щитных характеристик автомати |
матического выключателя АВМ |
ческого выключателя АВМ с рас |
с расцепителем типа 1.; |
цепителем типа 2.j |
249