Расчет параметров и выбор электрических аппаратов

Задание 1. Выбор автоматического выключателя Выбрать автоматический выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 1. Режим работы — непрерывный. Коэффициент кратности пускового тока принять в пределах 6−7. автоматический выключатель электромагнитный Таблица 1 — Характеристики электродвигателя.

Основным элемента автомата, реализующего функции защиты электродвигателя (в дальнейшем рассматриваем асинхронные двигатели серии 4А или АИ) от токов КЗ являются электромагнитный расцепитель и токовая осечка. Причем они должны быть отстроены от пусковых токов Iп (и ударного пускового тока Iудп). Для асинхронных двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором.

(1.1).

где KI — кратность пускового тока двигателя;

Iн — номинальный (линейный) ток в обмотке статора, А.

где Pн — полная номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Uнл — номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В;

з — коэффициент полезного действия;

cosц — коэффициент мощности.

Iн=(1.1*103)/(1.73*380*0.86*0.87)=1100/491.87=2.2А.

Iп=6*2.2=13.2А Если двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, номинальный ток двигателя берется при относительной продолжительности включения ПВ = 25%.

Ударный пусковой ток двигателя по своей величине равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Величина ударного пускового тока (его амплитудное значение) определяется как.

. (1.3).

Iудп=1.7*1.4*13.2=31.42А Для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором ток срабатывания электромагнитного расцепителя (токовой осечки) отстраивается от ударного пускового тока двигателя при полном напряжении питания сети и выведенном пусковом резисторе в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором).

. (1.4).

Iо=1.15*31.42=36.13А Причиной перегрузки двигателей могут быть затянувшийся пуск, большая нагрузка на валу. Обрыв одной из фаз, торможение двигателя. Часто перегрузки бывают кратковременными. Наиболее опасными являются устойчивые перегрузки. Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры обмоток двигателя. Перегрузка по току оценивается с помощью коэффициента кратности пускового тока двигателя и задается в каталоге.

. (1.5).

КI=13.2/2.2=6.

В качестве элементов защиты могут применяться тепловые расцепители автоматов, тепловые реле магнитных пускателей, максимальные токовые реле автоматов с выдержками времени на срабатывания.

Токовые (электромагнитные) защиты имеют преимущества по сравнению с тепловыми ввиду простоты эксплуатации и более легкого подбора и регулировки защитных характеристик.

Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за малого времени их действия при небольших кратностях тока. Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки определяется как.

. (1.6).

Iса=1.2*13.2=15.84А На практике широко используются тепловые расцепители.

Номинальный ток теплового или комбинированного расцепителей для двигателей с длительным режимом работы и легкими условиями пуска равен.

. (1.7).

Для двигателей с короткозамкнутым ротором, работающим в повторно-кратковременном режиме, но при тяжелых условиях пуска.

. (1.8).

Iт=1.5*2.2=3.3А.

3.3 А?2.2А Необходимо выбрать защитный аппарат, позволяющий осуществлять пуск и защиту двигателя в режимах перегрузки.

В качестве защитного аппарата выбираем автоматический выключатель АП25−3МТ с номинальным током 15А, с электромагнитным расцепителем.

Номинальный ток электромагнитного расцепителя — 15 А.

Вывод. Для защиты асинхронного двигателя в случае возникновения аварийных режимов при пуске можно использовать автоматический выключатель серии АП25−3МТ с электромагнитным расцепителем.

Основные параметры защитного аппарата:

• — номинальный ток автомата, его электромагнитного и теплового расцепителей — Iна = 15 А;
• — номинальная уставка на ток срабатывания электромагнитного расцепителя — Iно = 16 А;
• — номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента — Iнт = 16 А;
• — пределы по времени срабатывания тепловой защиты — tс = (1,8−5) с.

Задание 2. Выбор высоковольтного выключателя.

Выбрать высоковольтный выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 2. Выполнить проверку на электродинамическую и термическую стойкость.

Таблица 2 — Характеристики электродвигателя и выключателя.

Расчетная сила тока в питающей линии.

. (2.1).

Iр=55/(1.73*6)=5.2кА=5200А Выбор выключателей производим по следующим параметрам:

1) по напряжению;

Uном.выкл?Uном.уст.

• 6кВ?6Кв — условие выполняется
• 2) по длительному току;

Iн? Iр

Iн?5200А.

3) электродинамическая стойкость проверяется по соотношению.

; (2.2).

• 24?___
• 4) проверка на термическую стойкость по тепловому импульсу тока короткого замыкания

(2.3).

ВКрас?100*3.

где ВК — тепловой импульс тока короткого замыкания;

tтер — длительность тока термической стойкости, по каталогу (t = 3 с);

Iтер — ток термической стойкости (Iтер = 10 кА).

Тепловой импульс рассчитывается по формуле.

(2.4).

где tпр — приведенное время короткого замыкания, в течение которого ток Iпо выделяет то же количество теплоты, что и изменяющийся ток за действительное время.

ВКрас=102* =.

Выбираем выключатель.

Задание 3. Описать устройство, принцип действия и выбор аппарата.

Выключатель высоковольтный элегазовый Высоковольтный выключатель — защитно-коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении. Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Общее устройство и принцип действия элегазовых выключателей Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексафторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа — два :

• · повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением ее замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием;
• · повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй — больших.

Полюс выключателя Колонковое исполнение. Полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из двух (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы. Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Баковое исполнение. Полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Комбинированное исполнение. Полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом — встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр — поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги. Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент — синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан — устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании. Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит неподвижную и подвижную контактные системы, в каждой из которых имеются главные контакты и снабженные элементами из дугостойкого материала дугогасительные контакты. Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной — розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной — штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована ко входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Газовая система Газовая система аппаратов включает в себя:

• · клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;
• · коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;
• · сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20єС;
• · соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет три пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн, а две других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Привод Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем — включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении — наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателя применяют два типа приводов:

Пружинный привод:

• · аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин
• · управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.

Пружинно-гидравлический привод:

• · аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин
• · управляющим органом является гидросистема.

Выключатели выбираются по номинальному току Iном; номинальному напряжение Uном; номинальному току отключения Iо. ном; допустимому содержанию в токе отключения апериодического тока.