Выбор электрических аппаратов управления и защиты.
ЗАДАНИЕ
на проект по курсу «Электрические и электронные аппараты»
Низковольтное комплектное устройство (НКУ)
1. Предварительные расчеты
1.1. Рассчитать параметры трансформатора.
1.2. Рассчитать токи линии с асинхронным двигателем.
1.3. Выбрать типы и сечения кабелей, соединяющих потребителей с питающим трансформатором.
1.4. Рассчитать сопротивления кабелей и токи короткого замыкания.
2. Выбор электрических аппаратов управления и защиты.
2.1. Составить задание для выбора аппаратов, используемых в схеме управления двигателем и защиты линий.
2.2. По промышленным каталогам провести выбор аппаратов.
Необходимо выбрать аппараты:
Вводной автоматический выключатель QF10;
Автоматический выключатель в начале линии QF11;
Аппарат на вводе в НКУ ( QF0 или QS0 или FU0);
Контактор КМ и тепловое реле КК или магнитный пускатель;
Автоматический выключатель, защищающий двигатель QF1;
Аппараты дифференциальной защиты ( УЗО или АВДТ);
Аппарат защиты цепи управления (выключатель или предохранитель);
Кнопки, корпус НКУ и зажимы для ввода и вывода кабелей.
2.3. Провести проверку всех выбранных аппаратов.
2.4. Построить сравнительные времятоковые характеристики выбранных аппаратов защиты.
2.5. Составить заказную спецификацию.
3. Конструкторская часть проекта.
3.1. Начертить полную однолинейную схему реализованного НКУ с учетом типов выбранных аппаратов.
3.2. Разместить выбранные аппараты в НКУ с учетом их габаритных и установочных размеров.
3.3. Выполнить схему соединений силовых цепей аппаратов и цепей управления. Провести маркировку проводов согласно заданной принципиальной схеме.
Таблица 1. Исходные данные
| №п/п | Параметры | Обозначение | Размерность | Значение |
| Мощность питающего трансформатора | Sном | кВ*А | ||
| Номинальное линейное напряжение | Uном.л. | В | ||
| Напряжение короткого замыкания | UК | % | ||
| Потери в меди | Pcu | кВт | 3.9 | |
| Длины соединительных кабелей | l0 | м | ||
| l1 | ||||
| l2- l4 | ||||
| Материал кабеля | - | - | Cu | |
| Параметры двигателя | ||||
| № двигателя | № | - | ||
| Мощность двигателя | 
| кВт | ||
| Тип двигателя | - | - | А180S4 | |
| КПД двигателя | 
| % | ||
| Коэффициент мощности cosφ двигателя | cosφ | - | 0,88 | |
| Кратность пускового тока двигателя | КI | - | ||
| Параметры нагрузки | ||||
| Номер схемы защиты и управления АД | № | - | ||
| Номер варианта схемы нагрузки | № | - | ||
| Номинальные токи нагрузки | I2- I4 | А |
Предварительные расчеты
1.1. Расчет параметров трансформатора:
Полное сопротивление трансформатора Zтр:
;
(Ом) = 18,3 (мОм)
где Uном.л - номинальное напряжение вторичное цепи трансформатора; Uк% - напряжение короткого замыкания; S – полная мощность трансформатора.
Номинальный ток трансформатора Iном.тр:
(А)
Активное сопротивление трансформатора:
;
где PCu – потери в меди.
Реактивное сопротивление трансформатора находится из формулы полного сопротивления:
;
;
Ток короткого замыкания (КЗ) на зажимах трансформатора Iкз.тр:
;
1.2. Расчет параметров двигателя
Номинальный ток двигателя:
,
, где
Рном - номинальная мощность двигателя; h - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cosj - коэффициент мощности.
Пусковой ток двигателя:
, (7)
,
где kI – кратность пускового тока двигателя.
Ударный пусковой ток двигателя (амплитудное значение):
, (8)
Выбор кабелей
Выбираем сечения кабелей низкого напряжения (l1, l2, l0), соединяющих электродвигатель и нагрузку с питающим трансформатором, по номинальному напряжению и току, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля больше номинального тока линии на 20% (см. п.п. 1.3.10. табл. 1.3.6., 1.3.7. ПУЭ). Сечение рабочего нейтрального (N) и защитного (PE) проводника выбирать равным фазному.
Определение длительно допустимых токов во всех линиях:
(9) 
;
1. Для кабеля длиной 
длительно допустимый ток 
по таблице выбираем кабель сечением жилы q=16 мм2.
2. Для кабеля длиной l1=35 м, длительно допустимый ток 
по таблице выбираем кабель сечением жилы q=10 мм2;
3. Для кабеля длиной l2=20 м, длительно допустимый ток 
по таблице выбираем кабель сечением жилы: q=2,5 мм2.
1.4. Расчет токов короткого замыкания и расчет сопротивлений кабелей
Расчет сопротивлений кабелей:
Для расчета сопротивлений кабелей для выбранного сечения по таблице «Эквивалентные параметры кабелей» находят удельное активное rуд и удельное реактивное худ сопротивления.
Сопротивление кабеля: 
;
;
где lк - длина соединительного кабеля. Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной 
:
Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной 
:
;
;
Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной 
:
;
;
Параметры кабелей
| Номер кабеля Параметр | l1 | PEN1 | l0 | PEN0 | l2- l4, PE3 |
| Длина кабеля l, м | |||||
| Рабочий ток Ib, A | |||||
| Расчетный ток Ir., А | |||||
| Материал | Cu | Cu | Cu | Cu | Cu |
| Количество жил | |||||
| Сечение q, мм2 | 2,5 | ||||
| Длительно допустимый ток кабеля Iz., A | |||||
| Удельное активное сопротивление rуд, мОм/м | 2,31 | 2,31 | 1,45 | 1,45 | 9,18 |
| Удельное реактивное сопротивление xуд, мОм/м | 0,080 | 0,080 | 0.077 | 0.077 | 0,097 |
| Активное сопротивление r = rуд ´ l, мОм | 80,85 | 80,85 | 72,5 | 72,5 | 183,6 |
| Реактивное сопротивление x = xуд ´ l, мОм | 2,8 | 2,8 | 3,85 | 3,85 | 1,94 |
Трехфазные токи короткого замыкания:
а) Ток короткого замыкания на зажимах двигателя в точке 2:
;
;
.
.
в) Определение тока трехфазного короткого замыкания в точке 1:
;
;
Однофазные токи короткого замыкания:
а) для точки 1:
.
.
.
.
б) для точки 2:
;
;
.
.
.
в) для точки 3:
.
.
.
.
Выбор электрических аппаратов управления и защиты.
Провести анализ общей схемы электроустановки. Составить перечень аппаратов и задание для их выбора.
В начале энергосистемы с индуктивным сопротивлением 
и активным сопротивлением 
подаётся напряжение на питающий трансформатор 
с параметрами 
, 
.
С питающего трансформатора напряжение через 2 выключателя, предназначенных для защиты трансформатора и линии, трехжильный кабель длиной 
и через автоматический выключатель QF0 подается на шинную сборку. С шинной сборки через автоматический выключатель 
и через кабель длиной 
напряжение подается непосредственно на двигатель 
. Также с этой же шины питается через автоматические выключатели дифференциального тока 
, 
, 
, далее через кабели l2 – l4 на нагрузку.
– Автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ) предназначен для защиты здоровья и жизни человека от поражения электрическим током при повреждении изоляции электроустановок, и для защиты от перегрузки и короткого замыкания.
Схема защиты и управления пуском короткозамкнутого асинхронного двигателя включает в себя:
– автоматический выключатель QF1. Он должен осуществлять защиту от коротких замыканий в цепях статора, а также обеспечивает защиту от длительных перегрузок, Предельная коммутационная способность должна быть больше тока трехфазного КЗ.
– контактор. Предназначен для пуска, остановки. При выборе контактора необходимо соблюдать следующие правила: напряжение сети должно быть меньше или равно рабочему напряжению контактора; номинальный рабочий ток контактора должен быть больше или равен номинальному току запускаемого двигателя; число полюсов должно быть достаточным для коммутации. Выбранный контактор должен иметь категорию АС-3 (пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке).