Выбор головного выключателя

Цель расчета: определение подходящего защитного аппарата для магистрального шинопровода и всех электроприемников запитанных от ШРА.

Для защиты кабеля и ШМА применяем автоматический выключатель.

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения. По сравнению сплавкими предохранителями автоматический выключатель обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.

Автоматический выключатель (рис. 1) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

Рис. 4. Автоматический выключатель, серия ВА 04−36

Устройство выключателя: 1 — основание, 2 — камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11-защелка, 12 — рейка отключающая, 13 — пластина термобиметаллическая, 14-расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17 — контактодержатель, 18-контакты подвижные Для включения автоматического выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелки — с отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17.

Автоматическое отключение автомата происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6.

Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе автоматического выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от короткого замыкания.

Дугогасительные устройства необходимы в электрических аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве токаэлектрическая дуга вызывает подгорание контактов.

Механизм управления предназначен для обеспечения ручного включения и выключения аппарата при помощи кнопок или рукоятки.

Коммутирующее устройство автоматического выключателя состоит из подвижных и неподвижных контактов (силовых и вспомогательных). Пара контактов (подвижный и неподвижный) образуют полюс автоматического выключателя, количество полюсов бывает от 1 до 4. Каждый полюс комплектуется отдельной дугогасительной камерой.

Механизм, который отключает автоматический выключатель при аварийных режимах, называется расцепителем. Различают следующие виды расцепителей:

• — электромагнитный максимального тока (для защиты электроустановок от токов короткого замыкания),
• — тепловой (для защиты от перегрузок),
• — комбинированный, имеющий электромагнитный и тепловой элементы,
• — минимального напряжения (для защиты от недопустимого снижения напряжения),
• — независимый (для дистанционного управления автоматическим выключателем),
• — специальный (для реализации сложных алгоритмов защиты).

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки.

В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя. Существуют автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями, реагирующими на максимальный ток.

Тепловой расцепитель автоматического выкючателя представляет собой биметаллическую пластину, изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током.

В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя.

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.

Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов.

Условия эксплуатации Автоматические выключатели выпускаются в исполнениях с разной степенью защиты от прикосновений и внешних воздействий (IPOO, IP20, IP30, IP54). При этом степень защиты зажимов для присоединения внешних проводников может быть ниже степени защиты оболочки выключателя.

Выключатели изготавливают в 5-ти климатических исполнениях и 5-ти категорий размещения, что кодируется буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ и цифрами 1,2,3,4,5.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме в следующих условиях:

• · установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря (выключатели серии АП50 и АЕ1000 — на высоте не более 2000 м над уровнем моря);
• · температура окружающего воздуха от — 40 (без выпадения росы и инея) до +40°С (для выключателей серии АЕ1000 — от +5 до +40°С);
• · относительная влажность окружающей среды не более 90% при 20 °C и не более 50% при 40 °C;
• · окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая пыли (в том числе токопроводящей) в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;
• · место установки выключателя — защищенное от попадания воды, масла, эмульсии и т. п.;
• · отсутствие непосредственного воздействия солнечной и радиоактивной радиации;
• · отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски; допускается вибрация мест крепления выключателей с частотой до 100 Гц при ускорении не более 0,7 g.

Эксплуатация в нерабочем состоянии (хранение и транспортирование при перерывах в работе) соответствует ГОСТ 15 543–70 и ГОСТ 15 150–69.

1) Выбор по условиям нормального режима.

Номинальному напряжению выключателя U_вн;

U_вн?U_н,.

Расчетному току защищаемой линии;

I_нв? I_р,.

2) Выбор по условиям защиты от перегрузки и КЗ.

Для защиты от перегрузки служат максимальные расцепители (с выдержкой времени);

I_{н р}?I_р.

Для защиты от КЗ служат мгновенные расцепители (без выдержки времени);

I_{мгн р}?1,25*I_пик.

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа ВА51−33 с номинальными данными U_вн=380 В, I_нв=160А.

1) Выбираем по условиям нормального режима:

U_вн?U_н, 380В=380 В.

I_нв?I_р, 160А>137,47А.

Выбираем максимальный расцепитель с током срабатывания 160А:

I_{н р}?I_р, 160А>137,47А.

Найдем значение пикового тока для выбора мгновенного расцепителя:

I_пик=I_р-К_и*I_нмах+I_пмах, А. (2.6).

где I_р — расчетный ток линии, А;

К_и и I_н мах — коэффициент использования и номинальный ток самого мощного ЭП, входящего в рассматриваемую группу;

I_п мах — пусковой ток самого мощного ЭП, входящего в рассматриваемую группу.

I_пик=137,47−0,2*167,3+1004=1108А. (2.7).

Из ЭП, подключенных к ШРА1, наибольшую мощность имеет ЭП № 1 с номинальной мощностью 55 кВт, К_и=0,2, cosц=0,5. Номинальный ток ЭП № 1.

I_н мах=167,3 А.

Пусковой ток ЭП № 43.

I_п мах=1004 А.

Ток срабатывания мгновенного расцепителя.

I_мгнр?1,25*1108=1385А. (2.8).

С учетом найденного тока по таблице находим кратность (отношение) тока срабатывания мгновенного расцепителя к току срабатывания максимального расцепителя — 10.

Ток срабатывания мгновенного расцепителя:

I_мгнр=10*I_нр=10*160=1600А. (2.9).

1600А? 1385 А.

Окончательно принимаем выключатель ВА51−33 с номинальным током I_н=160 А, током срабатывания максимального расцепителя I_н.р=160 А и током срабатывания мгновенного расцепителя I_{мгн р}=1600 А.

Трансформатор тока отходящей лини выбираем по условию.

I_{н в}?I_p,.

Согласно этого условия, выбираем ТТ с номинальным током 150 А.

Технические характеристики трансформаторов тока

Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током Iном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40 000 А) и номинальным вторичным током Iном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации КТА= Iном1/ Iном2.

Токовая погрешность трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью? I=(I2K-I1)*100/I1 (в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1−1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии — трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов — классов 1 и 3.

Нагрузка трансформаторов тока

Нагрузка трансформатора тока — это полное сопротивление внешней цепи Z2, выраженное в омах. Сопротивления r2 и х2 представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S2 В*А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z2ном дается в каталогах.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин. или отношением kдин = Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости Iт или отношением kт= Iт / I1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости tт.