В помещении (см. табл.1) установлено силовое и осветительное электрооборудование, технические характеристики которого приведены в таблице 3. При этом вариант для теплового расчета выбирается по двум последним цифрам номера зачетной книжки слушателя – заочника из табл. 3, а недостающие данные (коэффициент полезного действия ή, коэффициент мощности cosφ, кратность пускового тока КПТ) выбираются из табл. 4. или из справочников по электротехнике.
Марка провода (кабеля) и способ прокладки слушатели – заочники выбирают самостоятельно, руководствуясь п.7.3.93; 7.4.36; 7.4.39 и табл.7.3.14 ПУЭ.
Требуется:
- определить и обосновать класс зоны, необходимый вид защиты сети;
- выбрать марки аппаратов защиты, их номинальные токи и токи уставки автоматов или номинальные токи плавких вставок предохранителей;
- проверить селективность действия защиты;
- выбрать сечение проводников по условиям допустимого нагрева;
- проверить соответствие защиты сечению проводов ответвлений к двигателям и магистралей.
Примечание: рассчитывается ответвления, группы и магистрали разной мощности.
Псков
СПб
Москва
Новгород
Рязань
Смоленск
Архангельск
Новгород
Псков
Магадан
Вологда
Ярославль
Курск
Волгоград
Белгород
Белгород
Саратов
Тюмень
Красноярск
Энгельс
Ульяновск
Тамбов
Киров
Тамбов
Иваново
Иркутск
Сочи
Омск
Новосибирск
Кемерово
Свердловск
Чита
Норильск
Чита
СПб
Москва
Новгород
Рязань
Смоленск
Архангельск
Новгород
Псков
Магадан
Вологда
Ярославль
Курск
Волгоград
Белгород
Белгород
Саратов
Тюмень
Красноярск
Энгельс
Ульяновск
Тамбов
Киров
Тамбов
Иваново
Иркутск
Сочи
Омск
Новосибирск
Кемерово
Свердловск
Чита
Норильск
Чита
Псков
Москва
Новгород
Рязань
Смоленск
Архангельск
Новгород
Псков
Магадан
Вологда
Ярославль
Курск
Волгоград
Белгород
Белгород
Саратов
Тюмень
Красноярск
Энгельс
Ульяновск
Тамбов
Киров
Тамбов
Иваново
Иркутск
Сочи
Омск
Новосибирск
Кемерово
Свердловск
Чита
Норильск
Чита
Значения КПД, cosφ и КПТ э/двиг. в функции Р дв и nС
№
п/п
Мощность э/двиг Р дв, кВт
nc=3000
oб/мин
nc=1500
oб/мин
nс=1000
oб/мин
КПД
КПТ
Cosφ
КПД
КПТ
Cosφ
КПД
КПТ
Cos φ
1
1,0
0,79
5,5
0,87
0,70
5,0
0,78
0,66
4,0
0,69
2
1,7
0,81
6,0
0,88
0,74
5,0
0,82
0,70
4,0
0,71
3
2,8
0,84
7,0
0,89
0,76
5,5
0,82
0,79
6,0
0,65
4
4,5
0,86
7,0
0,89
0,85
5,5
0,82
0,81
6,5
0,68
5
7,0
0,87
7,0
0,89
0,88
7,0
0,82
0,85
6,6
0,76
6
10,0
0,88
7,0
0,89
0,88
7,0
0,83
0,86
6,8
0,83
7
14,0
0,88
6,0
0,89
0,88
7,0
0,84
0,87
6,8
0,83
8
20,0
0,88
6,5
0,90
0,89
7,0
0,84
0,88
6,5
0,84
9
28,0
0,89
6,5
0,90
0,89
6,5
0,84
0,90
6,5
0,97
Примечание: данные значения можно выбирать из справочников по электротехнике Пример выполнения задачи 2
Условие: Силовая сеть помещения ТЭЦ выполнена по схеме (рисунок 1 – примерная схема). Напряжение сети 380 В. Помещение ТЭЦ относится к зоне класса по ПУЭ В – II или 21 по 123 Федеральному закону.
1 Расчёт ответвлений к электродвигателям.
Все электродвигатели защищаются от токов коротких замыканий (КЗ) плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитными расцепителями. В нашем случае для защиты электродвигателей от токов КЗ установлены автоматы с электромагнитными расцепителями (рисунок 1).
От токов перегрузки защищают электродвигатели, которые установлены во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ В – I; B – Ia; B- II и B – IIa или по 123 Федеральному закону 1, 2, 21, 22 тепловыми реле магнитных пускателей. В остальных случаях электродвигатели защищают от перегрузки таким же образом только в случае, если возможна их механическая перегрузка.
Данные электродвигателей:
Порядок расчёта:
1.1. Определяем номинальные токи электродвигателей по формуле:
1.2. Определяем пусковые ток электродвигателей по формуле:
I п.дв1 =6,5 ּ 56,9=369,9 А; I п.дв2 =6,5 ּ 38,4=249,6 А; I п.дв3-4 =7,0 ּ 5,7=39,9 А;
I п.дв5-6 =7,0 ּ 20,8=145,6 А; I п.дв7-8 =7,0 ּ 13,7=95,9 А; I п.дв9 =7,0 ּ 28,8=201,6 А.
1.3. Определяем ток уставки автоматов для защиты электродвигателей от токов КЗ по условию:
Для электродвигателей 3-4 выбираем автоматы АП-50 с комбинированным расцепителем [2, табл. П10], а для остальных электродвигателей выбираем автоматы АЕ2053 с электромагнитным расцепителем [2, табл. П11]:
- для э/д 1 А3110 с I н.р. =40 А; I ср.элм =480 А;
- для э/д 2 А3110 с I н.р. =32 А; I ср.элм =384 А;
- для э/д 3-4 АП-50 с I н.р. =10 А; I ср.элм =70 А;
- для э/д 5-6 А3110 с I н.р. =16 А; I ср.элм =192 А;
- для э/д 7-8 А3110 с I н.р. =16 А; I ср.элм =192 А;
- для э/д 9 А3110 с I н.р. =25 А; I ср.элм =300 А.
1.4. Для защиты электродвигателей от токов перегрузки выбираем номинальные токи тепловых реле магнитных пускателей по условию
I н.тепл =(1,0÷1,2) I н.дв: [2, табл. П12];
- для э/д 1 Iн.тепл=(1,0÷1,2) ּ 56,9=56,9÷68,3 А; ПА-522 с ТРП-150; I н.тепл =60,0 А;
- для э/д 2 I н.тепл =(1,0÷1,2) ּ 38,4=38,4÷46,1 А; ПА-422 с ТРП-60; I н.тепл =40,0 А;
- для э/д 3-4 I н.тепл =(1,0÷1,2) ּ 5,7=5,7÷6,8 А; ПМЕ-222 с ТРН-10; I н.тепл =6,8 А;
- для э/д 5-6 I н.тепл =(1,0÷1,2) ּ 20,8=20,8÷25,0 А; ПМЕ-222 с ТРН-25; I н.тепл =25,0 А;
- для э/д 7-8 I н.тепл =(1,0÷1,2) ּ 13,7=13,7÷16,4 А; ПМЕ-222 с ТРН-25; I н.тепл =16 А;
-для э/д 9 I н.тепл =(1,0÷1,2) ּ 28,8=28,8÷34,6 А; ПА-322 с ТРН-40; I н.тепл =32,0 А.
1.5. Выбираем сечение проводов для ответвлений к электродвигателям. В соответствии с п.7.3.93 ПУЭ во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ (123 Федеральному закону) В-Iб, В-Iг (1 или 2), В-II (21), В-IIа (22) допускается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. Выбираем провод АПРТО (алюминиевый провод с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оплетке для прокладки в трубах, ПУЭ табл. 1.3.5 и 7.3.14). Во взрывоопасных зонах классов
В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбор сечений проводов производится по условию (см. Л. 2, с. 140) I д ≥1,25 ּ I н.дв:
- для э/д 1 I д ≥1,25 ּ 56,9=71,1 А, S 1 =35,0 мм2, I д =75 А;
- для э/д 2 I д ≥1,25 ּ 38,4=48,0 А, S 2 =16,0 мм2, I д =55 А;
- для э/д 3-4 I д ≥1,25 ּ 5,7=7,1 А, S 3-4 =2,0 мм2, I д =14 А;
- для э/д 5-6 I д ≥1,25 ּ 20,8=26,0 А, S 5-6 =6,0 мм2, I д =26 А;
- для э/д 7-8 I д ≥1,25 ּ 23,7=17,1 А, S 7-8 =3,0 мм2, I д =18 А;
- для э/д 9 I д ≥1,25 ּ 28,8= 36,0 А, S 9 =10,0 мм2, I д =38 А.
1.6. Проверяем соответствие защиты сечению проводов ответвлений к электродвигателям при защите от токов перегрузки по условию для взрывоопасных зон классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22), а также для жилых, общественных зданий, торговых, детских, лечебных, учебных заведений (п. 3.1.11 ПУЭ)
I н.тепл. ≤ 0,8 I д:
- для э/д 1 60,0 ≤ 0,8 ּ 75=60 А – условие выполнено;
- для э/д 2 40,0 ≤ 0,8 ּ 55=40 А – условие выполнено;
- для э/д 3-4 6,8 ≤ 0,8 ּ 14=11,2 А – условие выполнено;
- для э/д 5-6 25,0 ≤ 0,8 ּ 26=20,8 – условие не выполнено, поэтому для э/д 5-6 выбираем S 5-6 =8,0 мм2, I д =32 А, тогда 25 ≤ 0,8 ּ 32=25,6 А – условие выполнено;
- для э/д 7-8 16 ≤ 0,8 ּ 18=14,4 А – условие не выполнено, поэтому для э/д 7-8 выбираем S 7-8 =4,0 мм2, I д =21 А, тогда 16≤ 0,8 ּ 21=16,8 А – условие выполнено;
- для э/д 9 32 ≤ 0,8 ּ 38=30,4 А – условие не выполнено, поэтому для э/д 9 выбираем S 9 =16,0 мм2, I д =55 А, тогда 32 ≤ 0,8 ּ 55=44 А – условие выполнено.
Таким образом, сечения для ответвлений к двигателям принимаем:
S 1 =35,0 мм2, I д =75 А; S 2 =16,0 мм2, I д =55 А; S 3-4 =2,0 мм2, I д =14 А;
S 5-6 =8,0 мм2, I д =32 А; S 7-8 =4,0 мм2, I д =21 А; S 9 =16,0 мм2, I д =55 А.
2 Расчет силовых магистралей.
Магистрали защищают только от токов короткого замыкания (плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитным расцепителем, см. Л.3, с. 17). В нашем случае, когда ответвления от короткого замыкания защищаются автоматами с электромагнитным расцепителем, целесообразно и силовые магистрали защищать такими же автоматами.
Так как номинальные и пусковые токи электродвигателей определены выше, то дальнейший порядок расчета силовых магистралей следующий:
2.1 Определяем максимальный ток магистрали по формуле
где I п.дв.max – наибольший пусковой ток двигателя, включенного в магистраль;
I н.дв.i – номинальный ток i -го двигателя;
Кс – коэффициент спроса [8];
У нас две силовые магистрали (рисунок 1), поэтому рассчитываем каждую из них:
2.2 Выбираем уставки автоматов по условию I ср.элм 1 ≥1,25 ּ I м:
I ср.элм 1 ≥1,25 ּ 335,8=419,8 А;
I ср.элм 2 ≥1,25 ּ 189,4=236,8 А.
По таблице П11 [2] для первой магистрали выбираем автомат АЕ2053 с электромагнитным расцепителем с I ср.элм 1 =480 А, а для второй магистрали такой же автомат с I ср.элм 2 =300 А.
2.3 Выбираем сечение проводников для магистралей 1 и 2 по условию :
Для силовых магистралей выбираем трехжильный провод АПРТО, прокладку будем осуществлять в трубах. Сечение выбираем по табл. 1.3.5 ПУЭ:
- для магистрали 1 S 1 =70 мм2, I д.м1 =135 А;
- для магистрали 2 S 2 =35 мм2, I д.м2 =75 А.
2.4 Проверяем соответствие защиты сечению проводов магистралей по условию
I ср.элм ≤4,5 ּ I д:
- I ср.элм1 ≤4,5 ּ I д.м1 480≤4,5∙135=607,5 А – условие выполнено;
- I ср.элм2 ≤4,5 ּ I д.м2 300≤4,5∙75=337,5 А – условие выполнено.
2.5 Так как в силовой сети установлены автоматы с электромагнитным расцепителем, то селективность защиты ими в зоне токов КЗ не обеспечивается, т.е. если ток КЗ достигает и для ответвления и для магистрали значения тока срабатывания их электромагнитных расцепителей, то оба автомата сработают практически мгновенно.
2.6 Выполнить подробную схему силовой сети (Схема выполнения листа 1 графической части – приложение 3)
3 Расчет сети освещения.
Согласно ПУЭ от токов КЗ должны защищаются все осветительные и силовые сети [1, п. 3.1.8]. Защите от токов перегрузки подлежат сети всех видов во взрывоопасных зонах, за исключением зон B-Iб и B-Iг (1 или 2) [1, п. 7.3.94].
В нашем примере сеть освещения выполнена по схеме, представленной на рис. 2, приведенной ниже. Напряжение сети освещения U=220 В, мощность светильников Рсв.=220 Вт, количество светильников 29 шт. Включение их в группы показано на рис. 2.
Расчет осуществляем в следующей последовательности:
3.1. Определяем расчетные токи, потребляемые группами 1-6 и группой 7 по формуле
где Кс - коэффициент спроса (для сетей освещения до 380В Кс=1);
n 1-6 – количество светильников в группах 1-6;
Рсв. – мощность светильника, Вт;
U – напряжение сети освещения, В:
3.2. Выбираем номинальные токи плавкой вставки предохранителя для групп светильников 1-6 и 7 по условию
Iн.вст.1-6≥3,6 А; Iн.вст.7≥4,5 А.
Из [2, П7] выбираем для всех 7 групп освещения предохранители ПР-2, I н.вст. =6 А.
3.3 Выбираем сечение провода АПРТО при прокладке в трубах по [1, табл.1.3.5].
В [2] указано, что сечения жил при защите сетей от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбирают по условию I д ≥ 1,25 I н.вст., поэтому для всех 7 групп освещения имеем:
I д ≥1,25 ּ 6=7,5 А.
А из табл. 1.3.5, [Л.1] для этого тока выбираем двухжильный провод минимального сечения S =2мм2, для которого I д =17 А.
3.4 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для групп освещения и сечений проводов по условию [4]
I н.вст. ≤ 0,8 ּ I д,
т.е. мы имеем 6≤0,8 ּ 17=13,6 А – условие выполнено.
3.5 Определяем токи магистралей освещения I м1 и I м2:
где n м1 – количество светильников, получающих питание по первой магистрали освещения. Следовательно,
Аналогично
где n м2 – количество светильников, получающих питание по второй магистрали освещения, следовательно,
3.6 Выбираем номинальные токи плавких вставок предохранителей для магистралей освещения по условиям:
I н.вст.м1 ≥ I м1 и I н.вст.м2 ≥ I м2.
В соответствии с этими условиями из [2, П7] для первой магистрали освещения выбираем предохранитель ПР-2 и I н.вст.м1 =15 А (I н.предохранителя1 =15), а для второй магистрали освещения выбираем предохранитель ПР-2 и I н.вст.м2 =20 А (I н.предохранителя2 =60).
3.7 Выбираем сечения двухжильных проводов АПРТО для магистралей освещения при прокладке в трубах по табл.1.3.5 ПУЭ:
S м1 = S м2 =2 мм2.
Этому сечению соответствует длительно допустимый ток
I д.м1 = I д.м2 =17А.
3.8 Проверяем селективность действия защиты групп и магистралей освещения по условию [2]:
- для первой магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней
откуда после подстановки значений имеем - условие выполнено;
- для второй магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней
откуда после подстановки значений имеем - условие выполнено.
3.9 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для магистралей освещения и сечений проводов магистралей освещения по условиям при защите от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22):
I н.вст.м1 ≤ I д.м1, откуда после подстановки значений имеем 15 ≤ 17 – условие выполнено;
I н.вст.м2 ≤ I д.м2, откуда после подстановки значений имеем 20 ≤ 17 – условие не выполнено, поэтому для второй магистрали освещения выбираем сечение S м2 = 3 мм2, которому соответствует I д.м2 =22 А. Тогда 20 ≤ 22 – условие выполнено.
Рисунок 1 – Примерная схема силовой сети (до расчета).
Рисунок 2 – Примерная схема сети освещения (до выполнения расчета).
:
откуда после подстановки значений имеем 
- условие выполнено;
откуда после подстановки значений имеем 
- условие выполнено.
