Расчет распределительной сети цеха

Определение конструкций распределительной сеть и выбор защитных аппаратов

Цель расчета: определение подходящего питающего кабеля и защитного аппарата каждого электроприемника, расположенного в помещении.

Для распределения электроэнергии по цеху используются два распределительных шинопровода (ШРА). Количество присоединений на каждый ШРА:

ШРА-1 — 20 присоединений;

ШРА-2 — 14 присоединений, ШРА-3 — 11 присоединений, Электроснабжение выбранных источников питания осуществляется по кабельным линиям от РУ НН цеховой подстанции. Произведем расчет сети для ЭП. Выбираем распределительный шинопровод типа ШРА73 с номинальным током 250А.

Выберем провод для ЭП № 2, у которого P_н=15,8 кВт, cosц=0,6.

Определяем расчетный ток I_н:

I_н=Р_н/(*U_н*cosц)=15,8/(*0,38*0,6)=40,05А. (2.1).

где Р_н — номинальная мощность двигателя;

U_н — номинальное напряжение сети.

Выбираем четырехжильный провод АПВ. По таблице длительно допустимых токов [1] выбираем провод сечением 4×16 мм² с длительно допустимым током 55 А, удельные сопротивления которого r_уд=2,07мОм/м; х_уд=0,07 мОм/м.

Проверяем по условию допустимости нагрева:

I_{доп.пров}>I_р, 55 А>40,05А.

Проверяем по допустимости потери напряжения, длину линии определяем с плана цеха и принимаем L=0,428 м:

• ?U=*I_p*L*(r_удcosц+x_удsinц)*10^-3*100%/U_н, (2.2)
• ?U=*40,05*0,428*(2,07*0,6+0,07*0,8)*10^-3*100%/380=0,01%.

Оба условия выполняются, поэтому для ЭП № 2 окончательно принимаем провод АПВ 4×16 мм².

Для защиты питающей линии и ЭП применяем предохранители и выбираем их по следующим условиям.

1) Несрабатывание при максимальном рабочем токе:

I_н пр? I_р

2) при защите одиночного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором — несрабатывание при его пуске:

I_н пв? I_пуск/k_п;

где k_п — коэффициент для защиты электродвигателя с короткозамкнутым ротором при легком пуске, равный 2,5.

Выбираем предохранитель ПР2−100, у которого I_н пр=100А., т.к. ПР2−60 не проходит по номинальному току плавкой вставки.

Проверяем по номинальному току: 100А? 40,05А.

Проверяем плавкую вставку по условию несрабатывания предохранителя при пуске электродвигателя:

I_нпв?I_пуск/k_п=240,3/2,5=96,12А. (2.3).

I_пуск=6*I_нпр=6*40,05=240,3А. (2.4).

Выбираем плавкую вставку с номинальным током 100 А.

Описание и технические характеристики провода АПВ

Силовые провода АПВ распределяют электрическую энергию в различных сетях осветительного и электрического характера, при этом, они могут отлично функционировать при напряжении в четыреста пятьдесят вольт и частоте до четырехсот герц, или при постоянном напряжении в одну тысячу вольт. При помощи кабеля АПВ, электричеством могут быть оснащены различные машины, аппараты и станки. Провод может быть алюминиевым однопроволочным, а так же многопроволочным, но второй тип весьма ограничен в гибкости. Поливинилхлоридный пластик изолирует силовой провод, пластик может иметь разнообразную расцветку.

Существуют ограничения для эксплуатации силового провода АПВ — это минус пятьдесят градусов и плюс семьдесят, если влажность составляет сто процентов. Лучше всего производить монтаж провода при температуре, которая не достигает — минус пятнадцати градусов. По своей сути провода АПВ очень гибкие и легко гнуться на девяносто градусов. Этот вид провода стойко переносит грибковые атаки. Не получают воздействия от различных вибраций, перепадов напряжения, всех видов шумов и стойко переносят изгибы.

Провод распространяется оптом и в розницу и, обычно, имеет двухлетнюю гарантию и срок годности не превышающую пятнадцати лет. Условия прокладки и эксплуатации провода, не имеют особых ограничений, они отлично функционируют в помещениях и на улице. Благодаря широкому температурному диапазону использования, провода АПВ могут применяться даже на судах дальнего плавания. Они часто используются потребителями для подключения дачных домов, для временной проводки и подключения строительных городков и бытовок, гаражей в том числе металлических гаражей, в которых не выполнена теплоизоляция. Мы сталкивались даже с одним не очень обычным использованием АПВ. Наши клиенты приобретали у нас АПВ 2,5 для подключения елочных гирлянд на новогодних елках. Причем после праздника елки утилизировались вмести с проводом. Т. е. основное преимущество АПВ это низкая цена и не большой вес Расшифровка аббревиатуры кабеля АПВ: Буква «А» — обозначает алюминиевую жилу, которая и проводит ток. Буква «П» — обозначает сам провод, а последняя буква «В» — обозначает, ни что иное, как виниловую изоляцию.

Техника безопасности

При покупке провода стоит обратить внимание на толщину и целостность поливинилхлоридной изоляции, ведь именно от ее качества зависит безопасность в целом. Не стоит закрывать глаза и на безопасность при прокладке провода АПВ, ведь неправильно зафиксированный или утопленный в землю / штукатурку провод может стать причиной большой опасности. Например, если в доме присутствуют домашние животные, которые могут разгрызть ПВХ изоляцию, или, если в доме есть ребёнок, который во время игры, может не заметить оголённый провод. Пренебрежение техникой безопасности может привести к летальному исходу, поэтому стоит тщательно проконтролировать качество приобретаемого провода и правильность его прокладки.

Необходимо учитывать, что удара током в результате пробоя изоляции провода на корпус эл. машин и механизмов, а также труб, металлорукавов и лотков в которых проложены провода, можно избежать, благодаря использованию техники заземления и устройств защитного отключения (УЗО). Работа системы заземления базируется на том, чтобы все металлические конструкции, которые и составляют основную угрозу, были снабжены штырями (или подключены к штырям) из того же металла, которые глубоко забиваются в землю, куда и направляется ток, при перепадах напряжения.

Техника безопасности обязывает всех потребителей использовать эту систему. Заземляющий провод невозможно провести наугад, нужно хорошо просчитать и посоветоваться с профессиональными электриками. Проводник заземления, который считается основным в системе обеспечения электробезопасности потребителя, обязан иметь определённое сечение и желто-зеленую расцветку. Если дом, в котором потребитель собирается прокладывать кабель, стоит на большом фундаменте, установка заземляющий приспособлений может не понадобиться. Если фундамент не достаточно большой, или есть другие минусы в сооружении, позволяющие току причинить вред людям, нужно сооружать заземляющую систему. Для больших домов существует особое правило, при котором происходит устройство этой системы. Металлические пруты или штыри, посаженные в землю должны соединяться лентой из стали. Только выполнение всех правил ПУЭ при монтаже и покупка только качественных проводов и материалов, позволит потребителю спокойно пользоваться всеми электрическими приборами, а провода будут служить долгие годы.

Массогабаритные параметры провода АПВ

Ориентировочные массы наиболее распространенных сечений проводов для целей упаковки и транспортировки приведены в таблице 5. Приведенные значения могут отличаться для проводов различных партий и производителей на 10% в меньшую или большую сторону.

Таблица5.

Доступные методы контроля качества провода АПВ

Приведены методы контроля, которые, не являясь строго соответствующими ГОСТ, позволяют сделать предварительные выводы о качестве провода, если измеренные значения существенно отличаются от регламентированных. Окончательное заключение о соответствии провода ГОСТ может быть сделано только после проведения испытаний провода в специализированной лаборатории по строгим методикам и в объемах, указанных в ГОСТ.

Визуальный осмотр

Могут быть проверены: маркировка, число проволок в жиле, расцветка и целостность изоляции.

Измерение конструкционных размеров

Могут быть проверены с помощью подходящих измерительных инструментов толщина изоляции и наружный диаметр. Измерение диаметра проволоки d_пр и расчет сечения жилы по формуле 0,785d_пр² N (где N — число проволок в жиле) не является строгим методом контроля сечения жил, т.к. подтверждением соответствия сечения является электрическое сопротивление, однако существенное отклонение рассчитанного сечения от номинального (более, чем на 10%) может служить основанием для сомнений в качестве.

Измерение электрического сопротивления токопроводящих жил

Может быть проведено на готовом проводе омметром с подходящим пределом измерения (при небольшом сечении и нормальной длине провода в бухте или на барабане может составлять несколько Ом) и пересчитано на длину 1 км. Особое внимание следует уделять хорошему контакту с измерительными проводами. [5].

Описание и технические характеристики предохранителя.

Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.

Основной элемент предохранителя — плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь.

По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком).

Наиболее распространенные материалы плавких вставок — медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, к изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова).

В засыпных предохранителях наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок с содержанием оксида кремния SiО2 не менее 99%. Наиболее лучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (СаСО3), который после перегорания вставки в отличие от песка не образует остаточных токопроводящих путей и пригоден для многократного использования. Но мел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение. Для лучшего использования наполнителя как теплоотводящей и дугогасящей среды в засыпном предохранителе обычно размещены несколько параллельно соединенных вставок, суммарное сечение которых эквивалентно сечению одной вставки предохранителя на тот же рабочий ток.

Помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в особую группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий / ивдий / олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумированием патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например, автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5−2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию. Инерционные предохранители от обычных отличаются наличием двух вставок разного сечения и исполнения, которые обеспечивают защиту потребителя (наиболее часто — асинхронные двигатели) как при значительных токах короткого замыкания, так и при сравнительно небольших токах перегрузки.

Следует подчеркнуть, что в настоящее время (и скорее всего в обозримом будущем эта тенденция сохранится) предохранитель чаще всего применяется либо как аппарат защиты от токов короткого замыкания, либо как аппарат защиты от предельно больших токов короткого замыкания при совместном действии с автоматическим выключателем (по схеме: предвключенный предохранитель с автоматическим выключателем).

Рисунок 2. Времятоковая характеристика предохранителя.

Рабочая (защитная) времятоковая характеристика предохранителя дана на рис. 2, где Iном — номинальный ток, указывается на плавкой вставке, а Iп — пограничный ток (ток, при котором плавкая вставка перегорает за время не менее одного часа), в большинстве случаев принимается за исходный при расчетах. В зависимости от материала вставки пограничный ток может превышать номинальный на 10−70%. Меньшие значения относятся к материалам с более стабильной защитной характеристикой (менее подверженным внешним атмосферным условиям и режимам эксплуатации электрооборудования), например, серебро, большие — к нестабильным в указанном отношении материалам (например, алюминий). [7].

Основные требования, предъявляемые к плавким предохранителям

К предохранителям предъявляются следующие требования:

• 1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.
• 2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.
• 3. Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.
• 4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.
• 5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
• 6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

Плавкие предохранители с гашением дуги в закрытом объеме ПР-2

Устройство предохранителей ПР-2

Предохранители ПР-2 на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов.

Вставка предохранителя ПР-2 располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.

Принцип действия предохранителей ПР-2

Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4−8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению.

Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения.

Рисунок 3. Предохранитель типа ПР-2.

Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными.

Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга. Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

Технические характеристики предохранителей ПР-2

В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока — это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока — это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов. [6].