Расчет электрических сетей напряжением до 1 кВ

1. Лекция Расчет электрических сетей напряжением до 1 кВ

План занятия
1. Краткие сведения
2. Выбор предохранителей
3. Выбор автоматических выключателей
4. Выбор ответвлений

2.

Под расчетом электрических сетей
понимается выбор сечений проводников,
шинопроводов,
электротехнических
устройств и расчет защиты их от
анормальных режимов.

3.

Основными
видами
защит
электрических сетей и ЭП напряжением
до 1 кВ являются защиты от перегрузки
и токов короткого замыкания (КЗ).
В качестве аппаратов защиты
применяются
автоматические
выключатели и предохранители.

4. Выбор аппаратов защиты выполняется с учетом следующих основных требований:

1.
Номинальный
ток
и
напряжение
аппарата
защиты
должны соответствовать расчетному
длительному току и напряжению
электрической цепи.

5.

2.
Номинальные
токи
расцепителей
автоматических
выключателей и плавких вставок
предохранителей
необходимо
выбирать по длительным расчетным
токам с округлением до ближайшего
большего стандартного значения.

6.

3. Аппараты защиты не должны
отключать установку при
кратковременных перегрузках,
возникающих в условиях
нормальной работы

7.

4. Время действия аппаратов
защит должно быть по возможности
меньшим и должна быть обеспечена
селективность

8.

5. Ток защитного аппарата
должен
быть
согласован
с
допустимым током защищаемого
проводника.

9.

6. Аппараты защиты должны
обеспечивать надежное отключение
в конце защищаемого участка двухи трехфазных КЗ при всех видах
режима работы нейтрали сетей, а
также однофазных КЗ в сетях с
глухозаземленной нейтралью.

10. ГОСТ 9098-78 устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей

По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного
тока; постоянного и переменного тока.
Номинальные токи главных цепей выключателей, выбирают из
ряда:
6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1 000; 1
600; 2 500; 2000; 4 000; 6 300 А.
Дополнительно могут выпускаться выключатели на
номинальные токи главных цепей выключателей: 1 500; 3000;
3 200 А.
Номинальные токи максимальных расцепителей тока
выключателей:
15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1 200; 1 500; 2000; 3 000; 3 200 А

11.

По конструкции:
воздушный автоматический выключатель
от 800 А до 6 300 А,
выключатель в литом корпусе от 10 А до
2500 А,
модульные автоматические выключатели
от 0,5 А до 125 А.

12.

По числу полюсов главной цепи:
• однополюсные;
• двухполюсные;
• трёхполюсные;
• четырёхполюсные.
По наличию токоограничения:
• токоограничивающие;
• нетокоограничивающие.

13.

По видам расцепителей:
• с максимальным расцепителем тока;
• с независимым расцепителем;
• с минимальным или нулевым расцепителем
напряжения.
По характеристике выдержки времени
максимальных расцепителей тока:
• без выдержки времени; с выдержкой времени,
независимой от тока;
• с выдержкой времени, обратно зависимой от тока;
• с сочетанием указанных характеристик.

14.

По наличию свободных контактов
(«блок-контактов») для вторичных
цепей:
• с контактами;
• без контактов.
По виду установки:
• выкатные с втычными контактами;
• стационарные

15.

По способу присоединения внешних
проводников:
• с задним присоединением;
• с передним присоединением;
• с комбинированным присоединением
• с универсальным присоединением
(передним и задним).
По виду исполнения отсечки:
• селективные,
• неселективные

16.

По виду привода:
• с ручным;
• с двигательным;
• с пружинным.
По
наличию
и
степени
защиты
выключателя от воздействия окружающей
среды
и
от
соприкосновения
с
находящимися под напряжением частями
выключателя
и
его
движущимися
частями,
расположенными
внутри
оболочки.

17.

Автоматические выключатели бывают
одно-, двух-, трёх- или четырёхполюсными
и имеют следующие конструктивные узлы:
• главную контактную систему,
• дугогасительную систему,
• привод расцепляющего устройства,
• расцепитель (расцепители),
• вспомогательные контакты.

18.

Расцепители — это электромагнитные,
электронные,
микропроцессорные
или
термобиметаллические элементы, служащие
для
отключения
автоматического
выключателя через механизм свободного
расцепления при КЗ, перегрузках и
исчезновении напряжения в первичной цепи

19. Расцепители могут быть: -электромагнитные мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность

действия;
-тепловые (биметаллические);
-электромагнитные максимального тока
мгновенного срабатывания с независимым от
тока времени срабатывания или с зависимой
от тока выдержкой времени:
-минимального напряжения;
-независимые.

20.

Электромагнитный расцепитель.
Защиту от токов коротких замыканий
выполняет электромагнитный расцепитель.

21. Электродинамический расцепитель.

Используется для защиты от
коротких замыканий в автоматах с
большими номинальными токами.

22. Тепловой расцепитель.

Защиту от токов перегрузок выполняет
тепловой расцепитель.

23. Полупроводниковый расцепитель.

Полупроводниковый расцепитель осуществляет
защиту от токов коротких замыканий и перегрузок в
цепи
Допускает ступенчатый выбор параметров:
номинального тока расцепителя;
уставки по току срабатывания в зоне токов
короткого замыкания;
• уставки по времени срабатывания в зоне токов
перегрузки;
• уставки по времени срабатывания в зоне токов КЗ ;
• уставки по току срабатываний при однофазном КЗ

24. Расцепитель минимального напряжения

применяют
для
защиты
электродвигателей, самозапуск которых
нежелателен при самопроизвольном
восстановлении питания

25. Независимый расцепитель

служит для дистанционного отключения
автоматического выключателя кнопкой
и для автоматического отключения цепи
при срабатывании внешних защитных
устройств.

26.

27.

Наименьший
ток,
вызывающий
отключение
автоматического
выключателя, называют током трогания
или током срабатывания,
а
настройку
расцепителя
автоматического
выключателя
на
заданный ток срабатывания — уставкой
тока срабатывания.

28. Автоматические выключатели могут иметь следующие защитные характеристики

29.

• а) зависимую от тока характеристику
времени срабатывания.
• б) независимую от тока характеристику
времени срабатывания.
• в) ограниченно зависимую от тока
двухступенчатую характеристику
времени срабатывания.
• г) трехступенчатую защитную
характеристику

30. По способу присоединения автоматы делятся на стационарные и выдвижные

• Автоматический выключатель серии
АВ50-45

31.

• BA51-25
• ВА 51-35
• ВА 51-39

32.

АЕ 2044
АЕ 2056МП
АЕ 2036ММ
АЕ2000
АЕ1000
АЕ 2056ММ

33.

АП-50Б.
А3716
А3791

34. Условия выбора автоматических выключателей

Iв Iр
;
I н.р I р
;
.
I ñð.ð 1,25 I ï

35. Для управления электродвигателями рекомендуется применять магнитные пускатели серии ПМЛ или ПМА. Выбор магнитных пускателей

осуществляется из
соотношения
I нэ I н
где Iнэ– номинальный ток нагревательного
элемента теплового реле.

36. Пример

Рассчитать ток и выбрать автоматический
выключатель для защиты от перегрузки и
токов
короткого
замыкания.
Для
асинхронного двигателя мощностью 11 кВт,
cos н 0,87
н 87,5 %
Iп
7,5
Iн

37. Решение

Определяем длительный расчетный ток
Р
11
I p iн
22 А
3 U cos 1,73 0,38 0,87 0,875
Выберем номинальный ток расцепителя из
условия
I н.р I p 22 A
Автоматический выключатель серии ВА 51-25 с
I н.а 25 A
I н.р 25 A

38.

Устанавливаем невозможность срабатывания
автоматического выключателя при пуске:
I ср.р 1,25 I пик
Пиковый ток I I 22 7,5 165 А
пик
п
I ср.р 1,25 I пик 1,25 165 206,3 А
Ток срабатывания определяется Iср.р=Кто Iнр
1,25 165
1,25 I ï
8,025
Ê òî
25
I íð
Принимаем Кто=10, тогда
250 А 206,3 A
Уловие выполняется.

39. предохранители

плавкая вставка — элемент содержащий разрывную часть
электрической цепи

40. Для защиты цеховых цепей

• наполненные с маркировкой ПН-2; ППН,
НПН и т. п.
• ненаполненные (ПР-2).

41.

По применяемому принципу действия и способу
разрыва схемы все предохранители подразделяют
на 4 группы:
1. с плавкой вставкой;
2. электромеханической конструкции;
3. на основе электронных компонентов;
4. самовосстанавливающиеся модели с
нелинейными обратимыми свойствами после
действия сверхтоков.

42. Предохранители бывают

В зависимости от задач предохранители служат
для работы в цепях:
• промышленных установок;
• бытовых электроприборов общего
назначения.
По этому принципу предохранители
подразделяют на конструкции, работающие:
• с низковольтными устройствами;
• в цепях до 1000 вольт включительно;
• в схемах высоковольтного промышленного
оборудования.

43.

К специальным конструкциям относят
предохранители:
• взрывные;
• пробивные;
• с погашением дуги при размыкании цепи в
узких каналах мелкозернистых
наполнителей или образования
автогазового либо жидкостного дутья;
• для транспортных средств.

44. Недостатки плавких предохранителей

• Возможность применения один раз.
• Возможность производить шунтирование
(применять «жучки»). Это может привести к
возгоранию проводки.
• В 3-фазных цепях электромоторов при
срабатывании одного предохранителя пропадает
одна фаза, что приводит чаще всего к
неисправностям двигателя.
• Имеется возможность незаконной установки
предохранителя на повышенный номинал тока.
• Может произойти перекос фаз в 3-фазных сетях
при значительных токах.

45. Достоинства

•В ассимметричных 3-фазных цепях в аварийных
случаях на 1-й фазе, электрический ток исчезнет только
на этой фазе
•Из-за слабой скорости действия плавкие
предохранители можно применять для избирательности.
•Селективность самих вставок при последовательной
схеме имеет расчет намного проще, по сравнению с АВ.
•Конструкция плавкого предохранителя значительно
проще, чем АВ
•После замены предохранителя с плавким элементом, в
цепи снова возобновляется защита со свойствами,
удовлетворяющими производителю устройств

46.

Первая из букв определяет интервал защиты:
a — (защита от короткого замыкания (КЗ)).
g — (защита от КЗ и перегрузки).

47.

Вторая буква определяет вид защищаемого
устройства:
G — универсальный тип для защиты разного
оборудования.
L — защита проводов и распредустройств.
B — защита оборудования горного производства.
F — защита цепей с малым током.
M — защита отключающих устройств и электромоторов.
R — защита полупроводниковых приборов.
S — быстрое срабатывание при КЗ и среднее
срабатывание при перегрузке.
Tr — защита трансформаторов.

48. Выбор плавких вставок предохранителей

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя
определяется:
-по величине длительного расчетного тока
I н.вст I p
-по условию перегрузок пиковыми токами
I н.вст I п
Iп – пиковый (максимальный кратковременный)
ток;

49.

– коэффициент кратковременной
тепловой перегрузки;
2,5– для легких пусков с длительностью
пуска до 5 с, а также при редких пусках
(насосы, вентиляторы, станки и т.п.)
1,6-2,0 – для тяжелых условий пуска, а
также при частых пусках
1,6 – для ответственных
электроприемников.

50.

Пример. Рассчитать ток и выбрать плавкий предохранитель для
защиты линии, по которой питается электроприемник (электродвигатель) со следующими данными:
ðí 18,5 êÂò; cos í 0,82; í 87 %;
Iï
7, U í 380 Â .
Ií
Решение. Определяем длительный расчетный ток линии:
рн
18,5
I p iн
39,6 А .
3U н cos н н 1,73 0,380 0,82 0,87
Iп
Пусковой ток: I п iн 39,6 7 277,2 А.
Iн
По длительному току I н.вст 39,6 А .
По кратковременному току с учетом условий пуска
I
277,2
I н.вст п
110,9 А.
2,5
Выбираем предохранитель ПН2-250 с I í.âñò 120 À .

51. Выбор ответвлений к ЭП

Выбор проводников осуществляется
для сетей до 1 кВ:
– по механической прочности;
– по нагреву длительно допустимым током;
– по потере напряжения.

52. Выбор сечений проводов по механической прочности

По механической прочности расчет
проводов и кабелей внутренних
электрических сетей не производится.
Наименьшие сечения проводов по
механической прочности
для медных жил не менее 1,5 мм2,
для алюминиевых жил не менее 2,5 мм2

53. По нагреву длительно допустимым током

Допустимый ток проводников
I доп
Iр
Kп
где Iдоп – допустимый ток выбираемого проводника, А;
Кп– поправочный коэффициент, учитывающих условия
прокладки проводов и кабелей
Выбранные проводники должны согласовываться с
защитным аппаратом:
I доп
Kз I з
Kп
где Kз – кратность длительно допустимого тока
проводника по отношению к номинальному току
защитного аппарата (Iз)

54. Снижающий коэффициент для проводов и кабелей, прокладываемых в коробах

Способ
прокладки
Многослойно и
пучками
Однослойно
Количество
Снижающий коэффициент для проводов
проложенных
и кабелей, питающих
проводов и кабелей
группы
отдельные
электроприемников и
электроприемники
отдельные
одножимногос коэффициентом
приемники с
льный жильный
использования до
коэффициентом
0,7
использования более
0,7
До 4
1,0
2
5-6
0,85
3-9
7-9
0,75
10-11
10-11
0,7
12-14
12-14
0,65
15-18
15-18
0,6
2-4
2-4
0,67
5
5
0,6

55. Поправочный коэффициент на допустимый длительный ток для кабелей, проложенных в земле, в зависимости от удельного сопротивления

земли
Характеристика земли
Песок влажностью более 9 %, песчаноглинистая почва влажностью более 1 %
Нормальная почва и песок влажностью
7-9 %, песчано-глинистая почва
влажностью 12-14 %
Песок влажностью более 4 и менее 7%,
песчано-глинистая почва влажностью 812 %
Песок влажностью до 4 %, каменистая
почва
Удельное
сопротивление,
см К/Вт
80
Поправочный
коэффициент
1,05
120
1,00
200
0,87
300
0,75

56. Поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле

Расстояние
между
кабелями в
свету, мм
100
200
300
Коэффициент при количестве кабелей
1
1,00
1,00
1,00
2
0,90
0,92
0,93
3
0,85
0,87
0,90
4
0,80
0,84
0,87
5
0,78
0,82
0,86
6
0,75
0,81
0,85

57. Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли

и
воздуха
Условная Нормиро
температ ванная
ура
темперасреды, тура жил, -5 и
о
о
С
С
ниже
15
25
25
15
25
15
25
15
25
15
25
80
80
70
65
65
60
60
55
55
50
50
1,14
1,24
1,29
1,18
1,32
1,20
1,36
1,22
1,41
1,25
1,48
Поправочные коэффициенты на токи при расчетной температуре среды, оС
0
+5
+10
+15
+20
+25
+30
+35
+40
+45
+50
1,11
1,20
1,24
1,14
1,27
1,15
1,31
1,17
1,35
1,20
1,41
1,08
1,17
1,20
1,10
1,22
1,12
1,25
1,12
1,29
1,14
1,34
1,04
1,13
1,15
1,05
1,17
1,06
1,20
1,07
1,23
1,07
1,26
1,00
1,09
1,11
1,00
1,12
1,00
1,13
1,00
1,15
1,00
1,18
0,96
1,04
1,05
0,95
1,06
0,94
1,07
0,93
1,08
0,93
1,09
0,92
1,00
1,00
0,89
1,00
0,88
1,00
0,86
1,00
0,84
1,00
0,88
0,95
0,94
0,84
0,94
0,82
0,93
0,79
0,91
0,76
0,89
0,83
0,90
0,88
0,77
0,87
0,75
0,85
0,71
0,82
0,66
0,78
0,78
0,85
0,81
0,71
0,79
0,67
0,76
0,61
0,71
0,54
0,63
0,73
0,80
0,74
0,63
0,71
0,57
0,66
0,50
0,58
0,37
0,45
0,68
0,74
0,67
0,55
0,61
0,47
0,54
0,36
0,41
-

58.

Пример Выбрать защитный аппарат и сечение проводника для
ответвлений к асинхронному электродвигателю ( Рн 3 кВт ,
I
cos н2 0,83 , н2 82,5 % , п 7 ). Питание выполняется проводом
Iн
АПВ, проложенным в трубе в помещении с нормальной окружающей
средой. Условия пуска двигателя легкие.

59.

Решение В качестве аппарата защиты используем предохранитель.Расчетный ток ЭД
3 103
I p iн
6,7 A.
3 380 0,83 0,825
Пусковой ток ЭД
I пус 6,7 7 46,9 А .
Определяем ток плавкой вставки предохранителя:
I в 46,9 / 2,5 18,8 А .
Выбираем предохранитель НПН-2-63 I пр 63 А, I в 20 А .
Сечение проводника определяем по табл. I доп 6,7 А .
Выбираем пятижильный провод АПВ (5х2,5), I доп 16 А .
Проверяем по выражению (4.2), соответствует ли провод аппарату защиты, если не требуется защита от перегрузки.
0,33 20
I доп
6,6 А .
1

60.

Пример
Группа электроприемников питается по
радиальной
линии
трехфазной
сети
напряжением 380В. Линия прокладывается в
помещении кабелем АВВГ при температуре
+30 С. Расчетный ток линии 75А, пиковый
ток группы – 338А.
Определить
сечение
проводника,
питающего группу электроприемников.

61.

Решение По расчетному току выбираем автоматический выключатель ВА 51-31 I в 100 А, I нр 80 А .
По табл. 4.1 для температуры среды (+30 С) находим
значение поправочного коэффициента составляет 0,94.
Тогда
условие
выбора
сечения
провода
I доп 75 0,94 80 А .
находим ближайшее большее или равное значение допустимого тока – 105 А и соответствующее ему сечение
токопроводящей жилы – 25 мм2.
Окончательно для питания принимается 5 одножильных кабелей сечением 25 мм2 - АВВГ (5 25).
Согласовываем с защитным аппаратом:
1,25 80
I доп
106,4 А.Условие
0,94
не выполняется. Принимаем
кабель большего сечения АВВГ (5х35) I доп 130 А .

62. Выбор сечения проводов и кабелей по допустимой потере напряжения

Для
обеспечения
требования
95%Uн
необходимо:
-выбранное
сечение
проводников
по
допустимому нагреву проверяют по потере
напряжения;
по конкретному значению допустимой потери
напряжения непосредственно определяется сечение
проводников;
в результате расчетов электрических сетей на
отклонение напряжения выполняется выбор
рабочего положения регулировочного ответвления
силового трансформатора ТП.

63. Потери не должны превышать

• 1,5 … 1,8% – в магистральном шинопроводе
• 2 … 2,5% – в распределительном
шинопроводе с равномерной нагрузкой;
• 4 … 6% – в сетях 0,38кВ (от ТП до ввода в
здание).

64.

В общем случае напряжение на зажимах
электроприемника определяется по формуле
n
U OП % U XX % U T % U i %
1
где U XX % – напряжение холостого хода
трансформатора, ; U XX 105%
ΔUТ – потеря напряжения в питающем
трансформаторе;

65.

Потери напряжения в трансформаторе
U т (U a cos U p sin )

66.

Т
Sp
–
коэффициент
трансформатора;
S HT
загрузки
100 Pкз
Ua %
S HT
–
активная
составляющая
напряжения КЗ трансформатора;
Ркз
– номинальные потери мощности КЗ
трансформатора кВт;

67.

Up%
2
Uk %
2
Ua %
–
-реактивная
напряжения
КЗ
составляющая
трансформатора;
U k % – напряжение КЗ трансформатора;
cos T – коэффициент мощности нагрузки
трансформатора;
номинальная
мощность
S HT –
трансформатора кВА;

68.

потеря напряжения в i-ом элементе сети
100
U i % 3 I p L z0 cos x0 sin
UH
Pr0 L Qx 0 L
PR Qx 100
2
U i %
10
UH
UH
U H2

69.

n-число элементов на пути от ТП до
точки, в которой определяется .
допустимая
потеря
напряжения
определяется по формуле:
U доп % U XX % UT % U min %
U доп 105% UT % 95% 10 UT %

70.

Сечение
проводников
магистрали
постоянного тока или однофазной сети
переменного тока без учета ее индуктивного
сопротивления
можно
определить
по
формуле:
n
n
F
2 10
5
p L
i
i
1
U доп % U H
2
2 10
5
Pl
i i
1
U доп %U H
2
где – удельная проводимость материала,
м
- для алюминиевых проводов ,
34
Ом мм
-для медных ;
м
2
57
Ом мм 2

71.

pi , Pi – активные нагрузки, соответственно
электроприемников и на участках сети
магистральной схемы, кВт;
li , L–i длины, соответственно участков
сети магистральной схемы и расстояния от
источника питания до электроприемников, м.

72. пример

Рис. 5.3
По допустимой потере напряжения выбрать
сечение воздушной линии электропередачи из
алюминиевых
проводов,
выполненной
по
магистральной схеме для питания трех двигателей
постоянного тока на напряжение 220В
100м
50м
РЩ
25м
220В
РH1=8кВт
РH2=4,5кВт
РH3=6кВт

73.

Допустимая потеря напряжения для линии
U д 5,5%
Удельная проводимость алюминиевых
проводов
2
34 м Ом мм

74. решение

Сечение воздушной линии электропередач может
быть определено по формуле
n
F
2 105 pi Li
1
U доп % U 2H
2 105 8 25 4,5 50 6 100
F
22,6 ìì
2
34 5,5 220
2
Ближайшее большее стандартное сечение
Fст 25 мм2

75.

Сечение
проводников
магистрали
трехфазного переменного тока по заданной
допустимой потере напряжения определяется
в следующем порядке.
В связи с тем, что погонное реактивное
сопротивление проводников на единицу
длины в зависимости от сечения изменяется
незначительно, то допускается
для кабельных линий принимать õ0 0,08 Îì Êì
для воздушных линий – .
х0 0,4 Ом Км

76.

;
;
реактивную составляющую потери
напряжения можно определить по формуле:;
n
U p %
x0 Ql
1
U H2
n
105
x0 qL
1
U H2
105

77.

Активная
составляющая
потери
напряжения рассчитывается по выражению:
U a % U доп % U p %
сечение
проводников
определяется по формуле:
F
10
5
магистрали
n
Pl
1
U a %U H
2
10
5
n
pL
1
U a %U H
2

78. Пример

По допустимой потере напряжения
выбрать
сечение кабеля с алюминиевыми жилами,
проложенного по магистральной схеме для
питания двух двигателей и по трехфазной
системе переменного тока напряжением 380В
L2
РЩ
L1
380/220В
РH1=22кВт
РH2=4кВт
cos =0,89(tg =0,51)
cos =0,88(tg =0,54)

79.

Первый двигатель находится на расстоянии
от распределительного щита L1 140 м ,
второй на расстоянии L2 160 ì
Допустимая потеря напряжения
для линии . U д 6%
Удельная проводимость алюминиевых
проводов
2
34 ì Îì ì ì

80.

Сечение кабельной магистрали может быть
определено по формуле
n
F
105 pi Li
1
U a %U H
2
U a % U доп % U p %
n
U p
x0 qi Li
1
U H2
105

81.

x0 0,08Ом км
q H1 pH 1 tq 1
q H1 22 0,51 11,22квар
q H2 4 0,54 2,16квар

82.

0,08 11,22 0,140 2,16 0,160 105
U p
0,1%
2
380
Ua 6,0 0,1 5,9%
105 22 140 4 160
2
F
12
,
8
мм
34 5,9 3802
По результатам расчета выбираем ближайшее
большее стандартное сечение
Fст 16 мм .
2

83. Потери напряжения при заданном значении сечения проводов

U M C S
S M C U
М – момент нагрузки, кВт м;
С – коэффициент, зависящий от материала провода
и напряжения сети