 |
Автоматические выключатели
|
|
|
|
Автоматические выключатели (автоматы), не обладая недостатками предохранителей,
обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей как от токов перегрузки,
так и от токов короткого замыкания. Кроме того, они используются и для управления при не-
частых включениях и отключениях. Таким образом, автоматические выключатели совмещают в
себе одновременно функции защиты и управления.
Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются либо только тепловыми, либо
только электромагнитными расцепителями, либо комбинированными расцепителями (тепловы-
ми и электромагнитными). Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, а
электромагнитные - от токов короткого замыкания.
Действие тепловых расцепителей автоматов основано на использовании нагрева биме-
таллической пластинки, изготовленной из спая двух металлов с различными коэффициентами
теплового расширения. В расцепителе при токе, превышающем тот, на который они выбраны,
одна из пластин при нагреве удлиняется больше и вследствие большего ее удлинения воздейст-
вует на отключающий пружинный механизм. В результате чего коммутирующее устройство
автомата размыкается.
Тепловой расцепитель автомата не защищает питающую линию или асинхронныйдвига-
тель от токов короткого замыкания. Это объясняется тем, что тепловойрасцепитель, обладая
большой тепловой инерцией, не успевает нагреться за малое время существования тока КЗ.
Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит, который воздейст-
вует на отключающий пружинный механизм. Если ток в катушке превышает определенное, за-
ранее установленное значение (ток трогания или ток срабатывания), то электромагнитный рас-
|
|
|
цепитель отключает линию мгновенно. Настройку расцепителя на заданный ток срабатывания
называют уставкой тока. Уставку тока электромагнитного расцепителя на мгновенноесраба-
тывание называют отсечкой. Электромагнитные расцепители не реагируют на токи перегрузки,
если они меньше уставки срабатывания.
В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепите-
лей, автоматы разделяются на неселективные с временем срабатывания 0,02...0,1 с, селективные
с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабатывания не более
0,005 с.__
Контактор - это аппарат дистанционного действия, предназначенный для частыхвклю-
чений и отключений под нагрузкой силовых электрических цепей. Контакторы не защищают
электрические цепи от ненормальных режимов, поскольку у них отсутствуют защитные эле-
менты. Контактор состоит из электромагнитной системы, обеспечивающей дистанционное
управление; главных контактов силовой цепи; дугогасительного устройства; блок-контактов,
включаемых в цепь автоматики и сигнализации. Контакторы нашли широкое применение в си-
ловыхцепях переменного и постоянного тока.
В цепях переменного тока применяют преимущественно трехполюсные контакторы се-
рии КТ с номинальными токами 63... 1000 А. Контакторы при числе полюсов два или три до-
пускают 600... 1200 включений в час.
В сетях постоянного тока применяют контакторы серии КТП с номинальными токами
80...630 А.
Магнитный пускатель - это трехполюсный контактор переменного тока, в котором до-
полнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы
главной цепи двигателя. Магнитные пускатели предназначены для управления (пуска, останова__________,
реверса) трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 75
|
|
|
кВт, а также для защиты их от перегрузки. В отдельных случаях магнитные пускатели исполь-
зуют для включения и отключения некоторых электроустановок, требующих дистанционного
управления (наружное и внутреннее освещение, автоматизированные электроприводы и т. п.).
Защита электродвигателя от перегрузок осуществляется тепловым реле РТ. Тепловое реле на-
дежно защищает электродвигатель от перегрузки, но не обеспечивает защиты от коротких за-
мыканий.
Объясняется это тем, что тепловое реле имеет большую тепловую инерцию. При корот-
ком замыкании ток может повредить цепи раньше, чем сработает тепловое реле. Кроме того,
контакты магнитных пускателей не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. По-
этому в случае применения магнитных пускателей (с тепловыми реле для защиты от перегру-
зок) для защиты от токов коротких замыканий необходимо устанавливать последовательно с
тепловыми реле плавкие предохранители или автоматы с электромагнитными расцепителями.
Магнитный пускатель отключает двигатель от сети при исчезновении напряжения или
его понижении до 50... 70% от номинального значения.
До последнего времени наибольшее применение в электрических сетях имели магнитные
пускатели серий ПМЕ, ПАЕ, ПМА, однако в настоящее время они заменяются пускателями се-
рий ПМЛ и ПКЛ на номинальные рабочие токи от 4 до 200 А.
Кроме указанных аппаратов в сетях напряжением до 1 кВ используются для коммутации
кнопки управления, командоаппараты, переключатели и кнопочные посты управления.
12.Система электроснабжения объекта состоит из питающих, распределительных, транс-
форматорных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных
сетей, а также токопроводов.
Схемы электрических соединений электроустановок выполняются для первичных и вто-
ричных цепей.
К первичным цепям относятся главные цепи электроустановок, по которым электриче-
ская энергия подается к потребителям; их схемы выполняются однолинейными и трехлиней-
ными.
В однолинейных схемах три фазы установки и ее оборудование условно изображаются
для одной фазы. На трехлинейных схемах указываются соединения для всех трех фаз, а также
|
|
|
вторичные цепи. Полная схема получается громоздкой, поэтому она выполняется только для
отдельных элементов установки.
К вторичным цепям относятся цепи, служащие для соединения вторичного электрообо-
рудования - измерительных приборов, приборов и аппаратов управления и сигнализации, уст-
ройств релейной защиты и автоматики.
В данном разделе рассматриваются первичные цепи в однолинейном изображении. Выбор номинальных напряжений
Выбор напряжений участков электрической сети объекта определяется путем технико-
экономического сравнения вариантов. При выборе окончательного проектного решения, при-
нимаемого на основе сравнения вариантов, необходимо отдавать предпочтение варианту с бо-
лее высоким напряжением. В большинстве случаев проектировщик определяет напряжения в
пределах двух ближайших по шкале номинальных значений напряжения, для которых и прово-
дится сравнение вариантов. В ряде случаев исходные данные для проектирования приводят к
однозначному определению номинального напряжения без детальных технико-экономических
расчетов.
При выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внима-
ние существующие напряжения возможных источников питания энергосистемы, расстояние от
этих источников до предприятия и нагрузка предприятия в целом.
В питающих и распределительных сетях небольших и средних предприятий и городов
применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, следует применять напряжение
10 кВ как более экономичное, чем напряжение 6 кВ. Напряжение 6 кВ применяется при преоб-
ладании на объекте электроприемников с напряжением 6 кВ. В ряде случаев электроснабжение
электроприемников с напряжением 6 кВ осуществляется по питающим линиям напряжением 10
кВ с последующей трансформацией на напряжение 6 кВ непосредственно для данных электро-
приемников.
Напряжение 660 В как внутрицеховое целесообразно на тех предприятиях, на которых
по условиям расположения цехового технологического оборудования или окружающей среды
|
|
|
нельзя или затруднительно приблизить цеховые трансформаторные подстанции к питаемым
ими электроприемникам. Напряжение 660 В целесообразно также на предприятиях с большой
удельной плотностью электрических нагрузок, концентрацией мощностей и большим числом
двигателей мощностью 200... 600 кВт. Наиболее целесообразно сочетание напряжения 660 В с
первичным напряжением 10 кВ. Необходимо учитывать, что при применении напряжения 660
В возникает необходимость и в сетях напряжением 380 В для питания небольших электро-
двигателей и светотехнических установок. Наиболее широко применяется и является основным
напряжение 380/220 В.
13. Источники питания и требования к надежности электроснабжения
Электроснабжение объекта может осуществляться от собственной электростанции
(ТЭЦ), энергетической системы, а также от энергетической системы при наличии собственной
электростанции.
Требования, предъявляемые к надежности электроснабжения от источников питания,
определяются потребляемой мощностью объекта и его видом.
Приемники электрической энергии в отношении обеспечения надежности электроснаб-
жения разделяются на несколько категорий.
Первая категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может по-
влечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение
дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый
брак продукции. Примером электроприемников первой категории в промышленных установках
могут быть электроприемники насосных станций противопожарных установок, системы венти-
ляции в химически опасных цехах, водоотливных и подъемных установок в шахтах и т. п. В го-
родскихсетях к первой категории относят центральные канализационные и водопроводные
станции, АТС, радио и телевидение, а также лифтовые установки высотных зданий. Допусти-
мый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприемников пер-
вой категории не более 1 мин.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа (нулевая ка-
тегория) электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного ос-
танова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и по-
вреждения дорогостоящего оборудования. Например, к электроприемникам нулевой категории
относятся операционные помещения больниц, аварийное освещение.
Вторая категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к
массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих, механизмов. Допустимый
|
|
|
интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприемников второй ка-
тегории не более 30 мин.
Примером электроприемников второй категории в промышленных установках являются
приемники прокатных цехов, основных цехов машиностроения, текстильной и целлюлозно-
бумажной промышленности. Школы, детские учреждения и жилые дома до пяти этажей и т.п.
обычно относят к приемникам второй категории.
Третья категория – все остальные электроприемники, не подходящие под определение
первой и второй категорий. К этой категории относятся установки вспомогательногопроизвод-
ства, склады неответственного назначения.
Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух
независимых источников питания, при отключении одного из них переключение на резервный
должно осуществляться автоматически. Согласно определению ПУЭ независимымиисточни-
ками питания являются такие, на которых сохраняется напряжение при исчезновении его на
других источниках, питающих эти электроприемники. Согласно ПУЭ к независимым источни-
кам могут быть отнесены две секции или системы шин одной или двух электростанций или
подстанций при соблюдении следующих условий:
каждая их этих секций или систем шин питается от независимых источников;
секции шин не связаны между собой или же имеют связь, автоматически отключающую-
ся при нарушении нормальной работы одной из секций шин.
Для электроснабжения электроприемников особой группы должен предусматриваться
дополнительный третий источник питания, мощность которого должна обеспечивать безава-
рийную остановку процесса.
Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых
источников питания, переключения можно осуществлять не автоматически.
Электроснабжение электроприемников третьей категории может выполняться от одного
источника при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта и замены
поврежденного оборудования, не превышают одних суток.
14. Электроснабжение от собственной электростанции (рис. 5.1). При расположении соб-
ственной электростанции вблизи от объектов и при совпадении напряжений распределительной
сети и генераторов электростанции трансформаторы присоединяются к шинам распределитель-
ных устройств (РУ) электростанции или непосредственно, или с помощью линий электропере-
дач.
Электроснабжение от энергетической системы при отсутствии собственной элек-
тростанции(рис. 5.2 и 5.3).
Рисунок 1Схема электроснабжения от собственной электростанции
Рисунок 2Схема электроснабжения от электрической системы при напряжении 6...20 кВ
Рисунок 3Схема электроснабжения от электрической системы при напряжении 35...220кВ
В зависимости от напряжения источника питания электроснабжение осуществляется
двумя способами: по схеме, представленной на рис. 5.2, при напряжении 6... 20 кВ; по схеме,
представленной на рис. 5.3, при напряжении 35... 330 кВ.В указанных и приводимых далее
схемах разъединители и реакторы не показаны. Схемы, представленные на рис. 5.2 и 5.3, при-
менимы, если предприятие находится на расстоянии не более 5...10 км от подстанции системы.
Типы электроподстанций
Число и тип приемных пунктов электроэнергии (подстанций) зависят от мощности, по-
требляемой объектом электроснабжения, и характера размещения электропотребителейна тер-
ритории объекта. При сравнительно компактном расположении потребителей и отсутствии осо-
бых требований к надежности электроснабжения вся электроэнергия от источника питания мо-
жет быть подведена к одной трансформаторной (ТП) или распределительной подстанции (РП).
При разбросанности потребителей и повышенных требованиях к бесперебойности электро-
снабжения питание следует подводить к двум и более подстанциям.
При близости источника питания к объекту и потребляемой им мощности в пределах
пропускной способности линий напряжением 6 и 10 кВ электроэнергия подводится к распреде-
лительной подстанции РП или к главной распределительной подстанции (ГРП). РП служат для
приема и распределения электроэнергии без ее преобразования или трансформации.
От РП электроэнергия подводится к ТП и к электроприемникам напряжением выше 1 кВ,
т.е. в этом случае напряжения питающей и распределительной сети совпадают.
Если же объект потребляет значительную (более 40 MB·А) мощность, а источник пита-
ния удален, то прием электроэнергии производится на узловых распределительных подстанци-
ях или на главных понижающих подстанциях.
Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная подстанция
объекта напряжением 35... 220 кВ, получающая питание от энергосистемы и распределяющая
ее по подстанциям глубоких вводов на территории объекта. Главной понижающей подстанцией
(ГПП) называется подстанция, получающая питание непосредственно от районной энергоси-
стемы и распределяющая энергию на более низком напряжении (6 или 10 кВ) по объекту.
Подстанцией глубокого ввода (ПГВ) называется подстанция на напряжение 35...220 кВ,
выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, получающая пи-
тание непосредственно от энергосистемы или от УРП. ПГВ обычно предназначается для пита-
ния отдельного объекта (крупного цеха) или района предприятия.__
15. Принципы выбора схемы распределения электроэнергии
Система электроснабжения может быть выполнена в нескольких вариантах, из которых
выбирается оптимальный. При его выборе учитываются степень надежности, обеспечение каче-
ства электроэнергии, удобство и безопасность эксплуатации, возможность применения про-
грессивных методов электромонтажных работ.
Основные принципы построения схем объектов:
максимальное приближение источников высокого напряжения 35...220 кВ к электроус-
тановкам потребителей с подстанциями глубокого ввода, размещаемыми рядом с энергоемкими
производственными корпусами;
резервирование питания для отдельных категорий потребителей должно быть заложено в
схеме и элементах системы электроснабжения. Для этого линии, трансформаторы и коммута-
ционные устройства должны нести в нормальном режиме постоянную нагрузку, а в послеава-
рийномрежиме после отключения поврежденных участков принимать на себя питание остав-
шихся в работе потребителей с учетом допустимых для этих элементов перегрузок;
секционирование шин всех звеньев системы распределения энергии, а при преобладании
потребителей первой и второй категории установка на них устройств АВР.
Схемы строятся по уровневому принципу. Обычно применяются два-три уровня. Пер-
вым уровнем распределения электроэнергии является сеть между источником питания объекта
и ПГВ, если распределение производится при напряжении 110...220 кВ, или между ГПП и РП
напряжением 6... 10 кВ, если распределение происходит на напряжении 6... 10 кВ.
Вторым уровнем распределения электроэнергии является сеть между РП (или РУ вто-
ричного напряжения ПГВ) и ТП (или отдельными электроприемниками высокого напряжения).
На небольших и некоторых средних объектах чаще применяется только один уровень
распределения энергии - между центром питания от системы и пунктами приема энергии (ТП
или высоковольтными электроприемниками).
16. Схемы электрических сетей внутри объекта на напряжении 6... 10 кВ
Электрические сети внутри объекта выполняются по магистральным, радиальным или
смешанным схемам.
Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются в тех случаях, когда
пункты приема расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть
двух- или одноступенчатыми. На небольших объектах и для питания крупных сосредоточенных
потребителей используются одноступенчатые схемы. Двухступенчатые радиальные схемы с
промежуточными РП выполняются для крупных и средних объектов с подразделениями, распо-
ложенными на большой территории. При наличии потребителей первой и второй категории РП
и ТП питаются не менее чем по двум раздельно работающим линиям. Допускается питание
электроприемников второй категории по одной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей.
При двухтрансформаторных подстанциях каждый трансформатор питается отдельной
линией по блочной схеме линия - трансформатор. Пропускная способность блока в послеава-
рийномрежиме рассчитывается исходя из категорийности питаемых потребителей.
При однотрансформаторных подстанциях взаимное резервирование питания небольших
групп приемников первой категории осуществляется при помощи кабельных или шинных пе-
ремычек на вторичном напряжении между соседними подстанциями.
Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП или ГПП, а на питаемых от них
ТП предусматривается преимущественно глухое присоединение трансформаторов. Иногда
трансформаторы ТП присоединяются через выключатель нагрузки и разъединитель.
Радиальная схема с промежуточным РП, в которой выполнены указанные выше условия,
приведена на рис. 5.4.
Радиальная схема питания обладает большой гибкостью и удобствами в эксплуатации,
так как повреждение или ремонт одной линии отражается на работе только одного потребителя.
Магистральные схемы напряжением 6... 10 кВ применяются при линейном («упорядо-
ченном») размещении подстанций на территории объекта, когда линии от центра питания до
пунктов приема могут быть проложены без значительных обратных направлений. Магистраль-
ные схемы имеют следующие преимущества: лучшую загрузку кабелей при нормальномрежи-
ме, меньшее число камер на РП. К недостаткам магистральных схем следует отнести усложне-
ние схем коммутации при присоединении ТП и одновременное отключение нескольких потре-
бителей, питающихся от магистрали, при ее повреждении.
Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, обычно не превышает
двух-трех при мощности трансформаторов 1000...2500 кВ-А и четырех-пяти при мощности
250...630 кВ-А.
Магистральные схемы выполняются одиночными и двойными, с односторонним и двух-
сторонним питанием.
Рисунок 4Радиальная схема электроснабжения
Схемы с двойными («сквозными») магистралями (см. рис. 5.5, б) применяются для пита-
ния ответственных и технологически слабо связанных между собой потребителей одного объ-
екта. Установка разъединителей на входе и выходе линии магистрали не требуется.
Рисунок 5Магистральные схемы с односторонним питанием: а - одиночные; 6 - двойные с резервированием
Рисунок 6Схема одиночных магистралей с частичным резервированием по связям вторичного напряжения
Рисунок 7Магистральная схема встречная с двусторонним питанием
17. Схемы городских распределительных сетей напряжением до 1 кВ
Для питания потребителей третьей категории применяют радиальные не резервируемые
или магистральные схемы с односторонним питанием. Магистральную схему можно применять
для питания жилых домов и других потребителей при их относительно небольшой мощности.
На рис. 5.11 даны наиболее распространенные схемы распределительных сетей напря-
жением до 1 кВ. Из схем 5.11, а и 5.11, 5 видно, что распределительные сети, построенные по
радиальной и магистральной схемам, обеспечивают питание потребителей только в нормаль-
ном режиме. При повреждении сети на любом участке или при коротком замыканииэлектроснабжение всех потребителей, подключенных к сети, прекращается. Питание
может быть восстановлено только после ремонта поврежденного элемента сети.
Рисунок 8Схемы распределительной сети жилых домов напряжением до 1 кВ
18. Схемы цеховых электрических сетей напряжением до 1 кВ
Основным условием рационального проектирования сети электроснабжения промыш-
ленного объекта является принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппара-
тами) и одного электроприемника технологического агрегата, получающего питание от этой
линии. Поэтому нет смысла, например, питать один электродвигатель технологического агрега-
та по двум взаиморезервируемым линиям. Если технологический агрегат имеет несколько элек-
троприемников, осуществляющих единый, связанный группой машин технологический про-
цесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает необходимость пре-
кращения работы всего агрегата, то в таких случаях надежность электроснабжения вполне
обеспечивается при магистральном питании (рис. 5.14). В отдельных случаях, когда требуется
высокая степень надежности питания электроприемников в непрерывном технологическом
процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии (рис. 5.15).
Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания
многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа срав-
нительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким по-
требителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и
другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.
Рисунок 9Магистральная схема питания электроприемников цеха
Рисунок 10Магистральная схема цеховой сети с двусторонним питанием
Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого рас-
пределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока
трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шино-
проводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопро-
водами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что
позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок
электрических сетей.
Рисунок 11Схема взаимного резервирования питающих магистралей цеха
19. Схемы осветительных сетей
Напряжение осветительных сетей. Для светильников общего освещения разрешается
применять напряжения:
не выше 380/220 В переменного тока - при заземленной нейтрали;
220 В при изолированной нейтрали.
Для светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны
применяться напряжения:
в помещениях без повышенной опасности не выше 220 В;
в помещениях с повышенной опасностью не выше 40 В.
Для ручных переносных светильников в помещениях с повышенной опасностью должно
применяться напряжение не выше 42 В. При особо неблагоприятных условиях, когда опасность
поражения током усугубляется теснотой, неудобным положением работающего, соприкоснове-
нием с заземленными металлическими поверхностями для ручных светильников, должно при-
меняться напряжение не выше 12 В.
Схемы питания освещения зданий. Питание осветительных установок обычно произ-
водят от общих для силовых и осветительных приемников трансформаторов на напряжении
380/220 В. Область применения самостоятельных осветительных трансформаторов в сетях про-
мышленных предприятий ограничивается случаями, когда характер силовой нагрузки (мощные
сварочные аппараты, частый пуск мощных электродвигателей с короткозамкнутым ротором) не
позволяет при совместном питании обеспечить требуемое качество напряжения у ламп.
Если силовые приемники питаются от сети напряжением 660/380 В с заземленной ней-
тралью, то к этой же сети могут быть присоединены светильники, рассчитанные на напряжение
380 В (газоразрядные лампы). Питание всех остальных осветительных приемников производит-
ся от промежуточных трансформаторов напряжением 660/380... 220 В или от отдельных транс-
форматоров напряжением 6... 10/0,38... 0,22 кВ.
Осветительные сети не совмещаются с силовыми сетями. Наиболее характерные схемы
питания осветительных установок приведены на рис. 5.21, 5.22, 5.23, 5.24. В качестве аппаратов
защиты и управления линиями питающей сети показаны автоматические выключатели (ав-
томаты). На щитах подстанций и магистральных щитках (пунктах) могут использоваться пре-
дохранители и рубильники.
|
|
|
