Выбор аппаратуры управления и защиты

Выбор аппаратов защиты электрических цепей производится по следующим основным параметрам:

- номинальному напряжению;

- номинальному току;

- предельной коммутационной способности;

- селективности.

При этом должны выполняться условия:

где U_нап; U_н – соответственно номинальное напряжение аппарата и сети, В; I_нап; I_p– соответственно номинальный ток аппарата и расчетный ток потребителей, А; I_{откл ап.}– максимальное значение тока короткого замыкания, которое аппарат способен отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии, А (это значение тока к. з. называют предельной коммутационной способностью выключателя, ПКС); I_к^(з) – максимально возможное значение трехфазного тока к. з. в месте установки аппарата, А.

Расчетный ток для одиночного потребителя:

где I_н – номинальный ток электродвигателя, А.

Расчетный ток для группы электродвигателей определяется исходя из условий одновременной их работы в технологическом цикле:

где – максимальная сумма номинальных токов одновременно работающих n электродвигателей, А.

Условия выбора предохранителей:

Номинальный ток плавкой вставки I_В, А, для защиты электродвигателя:

Номинальный ток плавкой вставки для защиты группы электродвигателей:

где – пусковой ток электродвигателя наибольшей мощности в группе электродвигателей, А; – сумма номинальных токов n электродвигателей, работающих одновременно в момент включения двигателя наибольшей мощности, А; α – коэффициент, зависящий от условий пуска.

При времени пуска 2 – 5 с (пуск легкий) α=2,5, для тяжелых условий пуска (около 10с) α=1,6 – 2.

Селективная работа предохранителей будет обеспечена, если номинальные токи плавких вставок однотипных предохранителей, включенных последовательно, различают между собой не менее чем на 2 ступени.

Для однотипных предохранителей селективность проверяется сопоставлением их защитных характеристик с учетом 25%-ного, а в ответственных случаях – 50%-ного разброса по времени срабатывания. Зоны возможных характеристик, построенные с учетом этих разбросов, не должны накладываться или пересекаться в пределах токов от номинального до максимально возможного, или по крайней мере до наиболее вероятного тока КЗ за нижестоящим предохранителем. На практике зоны не строят, а сопоставляют время плавления плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к источнику питания , и время плавления плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к нагрузке t_м. Селективность обеспечивается, если выполняются условия: при учете 25%-ного разброса t_б>1,7t_м; при учете 50%-ного разброса t_б>3t_м. Известен также метод проверки селективности сопоставления сечений плавких вставок. В этом случае селективность проверяют следующим образом.

Определяют отношение сечений двух последовательно установленных плавких вставок по формуле

где F₁– сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F₂– сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т.е. ближе к нагрузке.

Полученное значение а сравнивают с данными таблицы 2.11, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное а равно табличному или больше него.

Если предохранители находятся на разных ступенях напряжения, то сечение плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к источнику питания, нужно привести к напряжению предохранителя, расположенного ближе к нагрузке, по формуле

, (2.10.11)

где – коэффициент трансформации.

Таблица 2.11

Значения коэффициента а обеспечивающего селективность защиты

Автоматические выключатели выбираются исходя из следующих условий:

где U_на, U_н;– соответственно номинальное напряжение автоматического выключателя и сети, В; I_на– номинальный ток автоматического выключателя, А; I_нрасц – номинальный ток расцепителя, А; I_co– ток срабатывания отсечки, А; k_н– коэффициент надежности; I_max– максимальный ток в линии, питающей потребителя, А.

Для одного электродвигателя:

Для группы электродвигателей:

Тепловые расцепители автоматических выключателей откалиброваны для температуры окружающей среды 400ºС, если температура окружающей среды t не равна 400ºС, то номинальный ток теплового расцепителя I_нрасц и ток срабатывания защиты от перегрузки I_со определяются по формулам:

где k_t – температурный коэффициент.

Автоматические выключатели серии ВА имеют регулировку номинального тока тепловых расцепителей в пределах (0,8–1,0); серии АП50Б–(0,6–1,0).

При выборе номинальных токов тепловых расцепителей должно выполняться условие:

для автоматических выключателей типа ВА:

для автоматических выключателей типа АП50Б:

Это дает возможность получать ток уставки I_у, равным расчетному току, т.е.:

Для согласования с токами отсечек автоматических выключателей отходящих от щита линий с целью предотвращения отключения автоматического выключателя, защищающего линию питания щита при коротком замыкании за выключателем отходящей линии, когда обе защиты находятся на грани срабатывания, должно выполняться условие:

где I_со – ток отсечки автоматического выключателя, защищающего линию питания щита, А; k_нc – коэффициент надежности согласования принимается равным 1,3…1,5; I_сол – наибольший из токов срабатывания отсечек автоматических выключателей отходящих линий (при параллельной работе линий принимается равным сумме токов срабатывания отсечек этих линий).

Селективность предохранителей и автоматических выключателей проверяется путем сопоставления их защитных характеристик.

Для каждого аппарата цепи управления определяются токи, потребляемые ими при включении и при удержании. Мощности, потребляемые втягивающими катушками, приводятся в справочниках.

Аппараты цепи управления, как правило, не все одновременно включаются или включены, что обусловлено требованиями технологического процесса. Поэтому выявляются все возможные варианты работы аппаратов. Для каждого варианта определяются расчетный I_р и максимальный I_max токи, протекающие на участке, где установлен защитный аппарат:

где – сумма токов, протекающих через катушки при удержании m ранее включенных аппаратов и n аппаратов включающихся; – сумма токов, протекающих через n аппаратов при включении.

Из рассмотренных вариантов выявляется наибольшее значение токов I_р и I_max. При выборе автоматического выключателя для защиты цепей управления должны соблюдаться условия:

Если выбран предохранитель, то:

Пускатели магнитные выбираются:

-по номинальному току главной цепи;

-электрическому исполнению (реверсивные, нереверсивные);

-защищенности (открытое исполнение – IPOO, в оболочке – IP54);

-наличию тепловых реле (без реле, с реле);

-наличие кнопок управления и сигнальной лампы, встроенной в оболочку пускателя;

-числу контактов вспомогательной цепи;

-номинальному напряжению втягивающих катушек;

-области применения (для частых и нечастных включений);

В релейно-контактных схемах управления производственными процессами применяют различного рода электрические реле переменного и постоянного тока. Реле выбирают:

-по назначению;

-типу;

-номинальному напряжению и току обмотки;

-длительно допустимому току и коммутационной способности контактов.

При выборе из числа нескольких типов технически равноценных для данной схемы реле следует учитывать их габариты и стоимость.

В бесконтактных схемах широко используются микросхемы. В основном применяются логические микросхемы серий К155, К176, К511, К561. Применение пассивных элементов электроники (резисторы, конденсаторы и т.д.) связано с условиями окружающей среды и максимальными электрическими параметрами. Это необходимо учитывать при их выборе. Использование силовых полупроводниковых приборов (тиристоров, транзисторов) связано с максимальными электрическими режимами. Проверяют максимальную расчетную рассеивающую мощность полупроводникового прибора и при необходимости устанавливают его на охладитель.

В электрических схемах для оповещения обслуживающего персонала о техническом состоянии и положении включающих и отключающих аппаратов, последовательности технологических операций и аварийном состоянии применяют сигнализацию. Сигнализация может быть световая (лампы), звуковая (звонок, сирена, ревун) и визуальная (токовые указательные реле). Технические данные некоторых аппаратов сигнализации приведены в приложении. Перечень выбранного электрооборудования сводится в спецификации, пример заполнения которой приведен в приложении И.