Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ГОРНЫЙ»

Филиал горного университета «Хибинский технический колледж»

ВЫБОР ПУСКАТЕЛЕЙ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ

ГОРНЫХ РАБОТ

и

ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Методическое пособие по выполнению практических работ, курсовых и дипломных проектов.

для специальностей:

140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

130405 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Кировск

РАССМОТРЕНО УТВЕРЖДАЮ

На заседании ЦК ГЭМ Зам. директора по УМР Протокол № _ В. А. Ганичева Председатель ЦК ГЭМ «»_ «»_ Е.В. Саяпина Разработал: преподаватель ХТК А.И. Назаров Методист:

Е.А. Ярославцева

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Выбор пускателей и автоматов для горных работ..……… …. Приложения к разделу 1……...………………………………………….. Контрольное задание 1…………………………………………………… Раздел 2. Выбор пускателей и автоматов общепромышленных……….. Контрольное задание 2…………………………………………………… Приложения к разделу 2…………………………………………………... Литература…………………………………………………………………. РАЗДЕЛ 1.

ВЫБОР ПУСКАТЕЛЕЙ И АВТОМАТОВ ДЛЯ ГОРНЫХ РАБОТ.

Пояснительная записка.

На горных работах применяется специальное оборудование для управления и защиты электродвигателей, - это пускатели и автоматические выключатели в рудничном нормальном и рудничном взрывобезопасном исполнении. В последнее время появились пускатели и автоматы новых серий, имеющие вакуумные контакторы и электронные блоки управления, и защиты, что позволяет повысить надежность применяемого оборудования. Настоящее пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков студентов при выборе рудничных аппаратов управления. Здесь рассматривается применение пускателей прямого пуска.

1. Методика расчета и выбора пускателей и автоматических выключателей.

Пускатели и автоматические выключатели выбираются с учетом условий эксплуатации; номинальных напряжений и тока; предельного тока отключения;

токов уставок блоков максимальной защиты (УМЗ или ПМЗ), токов уставок защиты от перегрузок (блоков ТЗП). В рудничных пускателях и автоматах новых серий ПР и ВР выбираются токи расцепителей перегрузки и расцепителей короткого замыкания (КЗ). При этом необходимо иметь ввиду, что разные типы пускателей и автоматов имеют различные виды и устройства защиты. В ходе расчета находятся рабочий и пусковой токи, вычисляются токи уставок срабатывания устройств защиты, проверяется чувствительность защиты.

Итак, нужно помнить:

- в пускателях ПВИ, ПВВ, ПВ и в автоматах ВРН, АВ - установлены блоки УМЗ или ПМЗ для максимальной токовой защиты;

-в пускателях ПР, автоматах ВР – установлены электронные расцепители перегрузки и расцепители КЗ;

-в пускателях ПРН - установлены тепловые (токозависитмые) реле перегрузки или блоки токовой защиты от перегрузки ТЗП.

Условия выбора:

По условиям эксплуатации – в шахтах опасных по газу и пыли следует выбирать оборудование в исполнении РВ, РВ-И, а в рудниках не опасных по газу и пыли – в исполнении РН;

По номинальному напряжению – Uном. аппарата Uраб.

По току расцепителя перегрузки I р.п. (1,05-1,1) Iраб По току срабатывания блока УМЗ, ПМЗ Iу Iпуск.

Записываются данные электроприемников (например – электродвигателей): тип двигателей, и их номинальные параметры: Pном; Uном; Iном; Iпуск; cos; частота вращения n;

Рассчитываются рабочие и пусковые токи электроприемников (если они не даны). Рабочие токи рассчитываются с учетом коэффициента загрузки, который вычисляется как отношение расчетной (заданной) мощности электроприемника к паспортной (номинальной) мощности; рабочие токи необходимы для выбора сечения проводников.

Выбираются предварительно типы пускателей и автоматов и их исполнение по виду взрывозащиты в зависимости от условий окружающей среды (поверхность, рудник, шахта опасная по газу и пыли); каждый электроприемник должен управляться своим пускателем, а группа должна иметь общий автомат.

Определяется, какие виды защит имеются в выбранных аппаратах (максимальная токовая защита МТЗ (расцепитель КЗ) или токовая защита от перегрузок ТЗП (тепловое реле, расцепитель перегрузки));

Производится расчет токов уставок защиты для каждого пускателя:

--МТЗ, расцепителя КЗ: Iу.м Iном пуск электродвигателя;

-ТЗП, расцепителя перегрузки: Iу.т (1,05 1,1) Iном раб электродвигателя;

Выбираются стандартные уставки блоков УМЗ или ПМЗ для пускателей ПВИ, ПВ, ПВВ, автоматов ВРН, АВ. (см. приложения). Если пускатель имеет токовую защиту от перегрузок, стандартная уставка МТЗ не выбирается, т.к. ее нет.

Если пускатель имеет блок ТЗП, то стандартные уставки выбираются в следующих значениях от номинального тока аппарата: 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 • Iном пускателя;. Если пускатель имеет расцепители перегрузки и КЗ, - по таблицам выбирается соответствующая ступень расцепителя.

Определяется расчетный рабочий ток группы потребителей для выбора автомата, который должен выдерживать нагрузку всей группы:

Iном а Iгр, после чего выбирается тип автомата;

Рассчитываются ток уставки (срабатывания) МТЗ автомата:

Iуа Iпуск макс + Iном. раб. остальных приемников;

Если выбран автомат ВРН или АВ, то принимается ближайшая большая стандартная уставка блоков УМЗ или ПМЗ, и указывается Если выбран автомат ВР, то принимается ближайшая большая величина тока расцепителя КЗ.

Проверяется чувствительность защиты;

Заполняется схема электроснабжения.

Выбрать пускатель и автоматический вык лючатель для управления группой электродвигателей в шахте, опасной по газу и пыли при напряжении 660 В.

Данные приемников см. в таблице 1.

Ток КЗ в конце линии Iк(2) = 2900 А;

1 Выбираем электродвигатели.

2.1. Находим рабочие токи двигателей. Если расчетная мощность двигателей равна паспортной, то рабочий ток равен номинальному (паспортному).

Если расчетная мощность меньше паспортной, то рабочий ток будет меньше номинального в соответствии с величиной коэффициента загрузки. В данном случае Р расч. и Р ном. совпадают.

2.1. Находим пусковые токи двигателей:

2.2. Выбираем пускатели ПВИ и автоматы АФВ или АВ, т. к. шахта у ПВИ – имеется максимальная защита – УМЗ (см. приложение);

у АФВ – также максимальная защита (см. приложение) 2.3. Токи уставок срабатывания максимальной защиты для пускателей:

2.3.1. Первого пускателя: Iном1 = 95А, Iу1 618А, выбираем пускатель ПВИ – 125, т. к. 125А > 95А и по таблице приложения – стандартную уставку Iу1 = 650А, что соответствует 9 ступени блока УМЗ 2.3.2. Второго пускателя: Iу2 308А – выбираем пускатель ПВИ – 63, т. к.

63 > 49А и по таблице приложения – стандартную уставку Iу 325А, что соответствует 9 ступени блока УМЗ аппарата с номинальным током 63А;

2.3.3. Третьего пускателя: Iу3 1365А – выбираем пускатель ПВИ 250, т.

к. 250 > 210А и по таблице приложения – стандартную уставку Iу3 = 1400А, что соответствует 10 ступени блока УМЗ аппарата с номинальным током 250А;

2.4. Рабочий ток группы потребителей: Iном раб гр = Iн1 + Iн2 + Iн3 =95 + 49 + 2.5. Принимаем автомат для группы приемников при U = 660 В АФВ- 2.6. Ток срабатывания МТЗ автомата (см. п. 1.8) : Iуа= Iпуск3 + Iном1 + Iном2 = 1365 + 95 + 49 = 1509 А. Принимаем стандартную уставку МТЗ из 2.7. Проверяется чувствительность защиты по условию:

Для пускателей: Первого: Кч1 = 650 = 4,46 1,5, подходит;

2.7.1.

2.7.2. Для автомата:

2.8. Как видно из расчета – выбранные уставки обеспечивают защиту от коротких замыканий, которые могут возникнуть при эксплуатации данных приемников;

Составляем схему (см. рис. 1), куда заносим все исходные и расчетные данные:

Iном, А Iу, А Тип двигателя Рисунок 1- Схема питания группы электродвигателей.

Ответ: Выбранные аппараты управления обеспечивают работу электрооборудования в нормальном режиме и защиту от коротких замыканий.

Выбрать пускатели и автоматический выключатель для управления группой электродвигателей в руднике, не опасном по газу и пыли при напряжении 660 В. Расчетная мощность двигателей: 87 кВт, 41 кВт и 190 кВт. Ток КЗ в конце линии Iк(2) = 2900 А;

1. Принимаем электродвигатели серии ВР, так как работа предусматривается в условиях подземного рудника.

2. Выбираем из справочников по заданной мощности соответствующие двигатели. Поскольку в задании ничего не сказано о скорости вращения, -принимаем двигатели с синхронной частотой вращения 1500 об./мин. (число полюсов-4). Данные электродвигателей приводим в таблице 1.

Находим рабочие токи двигателей. Они могут быть меньше номинальных (но не больше). Если расчетная мощность двигателей равна паспортной, то рабочий ток равен номинальному (паспортному). Если расчетная мощность меньше паспортной (как в нашем примере), то рабочий ток будет меньше номинального в соответствии с величиной коэффициента загрузки Кз. В данном случае Р расч. и Р ном. не совпадают. Коэффициент загрузки: Кз=Ррасч. / Рном.

Рабочий ток первого двигателя :

Аналогично рассчитываем рабочие токи остальных двигателей:

Они равны соответственно:

4. Находим пусковые токи двигателей:

5. Выбираем пускатели. Так как рудник не опасен по газу и пыли, можно принять пускатели рудничного нормального исполнения ПРН или ПР. Поскольку пускатели серии ПР имеют расцепители перегрузки и короткого замыкания, а пускатели ПРН – имеют защитные устройства только от перегрузки, то принимаем более современные пускатели ПР.

Выбираем для первого двигателя по рабочему току 91,8 А из справочной таблицы 7 пускатель ПР-100 М на номинальный ток 100 А, так как 100 больше, чем 91,8 А, следовательно – пускатель выдержит данный ток двигателя.

Для второго двигателя выбираем пускатель из таблицы 7 на ток не менее 46,6 А, принимаем ПР-63М на ток 63 А, так как 63А больше, чем 46,6А.

Для третьего двигателя выбираем аналогично из таблицы 7 пускатель ПР- М, так как 250 больше, чем 199,5.

6. Выбираем расцепители перегрузки. Уставка расцепителя перегрузки выбирается в зависимости от рабочего тока:

Для первого пускателя:

таблицы 8 для пускателя ПР-100 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 100 А, - это будет 16-я ступень с током 100 А.

Для второго пускателя:

I р.п.2 1,1 Iраб.2 = 1,1 • 46, 6 А = 51,3 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-63 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 51,3 А, - это будет 52 А (у данного пускателя ступени не указаны).

Для третьего пускателя:

I р.п.3 1,1 Iраб.3 = 1,1 • 199,5 = 219 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-250 М уставку расцепителя перегрузки, соответствующую величине 219 А, - это будет 220 А, что соответствует 13-ой ступени.

7. Выбираем расцепители короткого замыкания. Уставки расцепителей КЗ выбираются в зависимости от пусковых токов приемников электроэнергии:

Для первого пускателя:

Iр.к. 1 Iпуск.1 = 597,6 А, принимаем из таблицы 8 для пускателя ПР-100 М ток расцепителя КЗ 0,6 кА или 600 А, что соответствует 4-ой ступени. 600 А > 597,6 А Для второго пускателя:

Iр.к.2 Iпуск.2 = 293,6 А, принимаем для пускателя ПР-63 М ток расцепителя КЗ 12 I ном. (других нет), что соответствует 12 х 63 = 726 А. 726 > 293, Для третьего пускателя:

Iр.к. 3 Iпуск.3 = 1296 А, принимаем для пускателя ПР-250 М ток расцепителя КЗ 1,3 кА или 1300 А, что соответствует 5-ой ступени. 1300 >1296.

8. Проверяем чувствительность защиты для расцепителей КЗ пускателей:

Коэффициент чувствительности защиты должен быть не менее 1,5.

Для первого пускателя:

Кч1=Iк : Iр.к.1 =2900 : 600 = 4,8, что больше 1, Для второго пускателя:

Кч1=Iк : Iр.к.2 =2900 : 726 = 3,9, что больше 1, Для третьего пускателя:

Таким образом коэффициенты чувствительности защиты соответствуют предъявляемым требованиям правил.

9. Выбираем автомат для управления и защиты всей группы. Автомат выбираем по условиям эксплуатации, по суммарному рабочему току, по току расцепителей перегрузки и короткого замыкания.

Принимаем автомат рудничного нормального исполнения, так как рудник не опасен по газу и пыли. Из автоматов ВРН и ВР принимаем более современный автомат серии ВР, так как он имеет более прочный корпус и имеет расцепители перегрузки и КЗ, а автомат ВРН – только блок ПМЗ.

10. Определяем суммарный рабочий ток группы:

Iгр. = I1 + I2 + I3 = 91,8 + 46,6 + 199,5 = 337,9 А, принимаем из таблицы автомат ВР-400 с номинальным током 400 А, что больше, чем 340, следовательно автомат подходит.

Выбираем расцепитель перегрузки.

Iр.п 1,1 • Iгр. = 1,1 • 337,9 = 371 А, - принимаем для автомата ВР- в таблице 5 ток уставки расцепителя перегрузки 400 А, что соответствует 16-ой ступени расцепителя.

11. Выбираем расцепитель КЗ для автомата. Условие выбора:

Iр.к. Iпуск. Макс. + Iраб. = 1296 + 91,8 + 46,6 = 1434,5 А, - принимаем для автомата ВР-400 из таблицы 5 ток расцепителя КЗ 1,6 кА = 1600 А, что больше, чем 1434,5, что соответствует третьей ступени расцепителя КЗ.

12. Проверяем чувствительность защиты для группового автомата.

Кч = Iк : Iр.к. = 2900 : 1600 = 1,8, что больше, чем 1,5.

Таким образом выбранные пускатели и автоматический выключатель обеспечат надежное управление и защиту указанных в условии электродвигателей.

Составляем схему (см. рис. 2), куда заносим все исходные и расчетные данные:

Рисунок 2 – Пример оформления схемы электроснабжения к задаче Таблица 1 - Технические данные рудничных автоматов АФВ, АВ, ВРН Токи уставок (А), соответствующие условным единицам (ступеням) на шкале Номинальблока защиты УМЗ Таблица 4 – Технические данные автоматов рудничных ВР Таблица 5 - Токи уставок расцепителей рудничных автоматов ВР Пускатель Таблица 8 – Токи уставок расцепителей пускателей ПР Выбрать электродвигатели в соответствии с вариантом задания. Выбрать пускатели и автоматические выключатели для управления и защиты электродвигателей, проверить чувствительность защиты. Данные для расчета взять из таблицы 9 в соответствии с номером варианта.

Таблица 9 – Варианты для выполнения контрольного задания Примечание: задание 1 выполняется для условий шахты, опасной по газу и пыли, задание 2 – в условиях рудника, не опасного по газу и пыли.

ВЫБОР ПУСКАТЕЛЕЙ И АВТОМАТОВ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО

ПРИМЕНЕНИЯ

В настоящем разделе рассматривается методика выбора пускателей и автоматических выключателей общепромышленного применения для управления одиночными электроприемниками и для группы. Состав работы: выбор электродвигателей, расчет номинальных рабочих и пусковых токов, выбор типов пускателей, расчет токов уставок тепловых реле, выбор автоматических выключателей, выбор токов расцепителей автоматов и токов отсечки автоматов, проверка чувствительности защиты, составление и заполнение схемы питания.

В общепромышленных установках для управления и защиты применяются:

- для прямого пуска: контакторы, пускатели, автоматические выключатели;

для плавного пуска – устройства плавного пуска, тиристорные преобразователи тока, напряжения и частоты. Промышленность выпускает большой ассортимент пускателей прямого пуска – пускатели серий ПМЕ, ПМА, ПМЛ, ПМ, а также автоматы серии ВА, ВДА и другие. Используются также аппараты зарубежных производителей: Siemens, Schneider Electric, ЕВВ и др. В настоящем примере в качестве оборудования применяются пускатели ПМЛ и автоматы серии ВА.

Рисунок 3 – Общий вид и электрические схемы однополюсного и трехполюсного автоматических выключателей ВА с тепловым и электромагнитным расцепителями Задание. Выбрать электродвигатель, пускатели и автоматические выключатели для следующих электроприемников, проверить чувствительность защиты.

1. Электродвигатель привода дверей Ррасч.=30 кВт, напряжение 380 В.

2. Осветительная сеть: 21 лампа ДРЛ-700, напряжение 220 В.

Напряжение питания сети 380 В.

1. Выбираем из справочного пособия электродвигатель, соответствующий заданным условиям. Записываем из справочника паспортные данные электроприемников и заносим в таблицу.

Cos ламп: накаливания -1, газоразрядных -0,6.

Таблица 1 - Паспортные данные электроприемников 2. Распределяем лампы пофазно и включаем их по схеме фаза-ноль, чтобы они работали под напряжением Uф = 380/3=220 В. В каждой фазе – по 7 ламп.

3. Мощность ламп на фазу:

4. Расчетный ток на 1 фазу в осветительной сети:

Таким образом, видно, что ток в каждом фазном проводе одинаков - 37А, и в этом случае ток в нулевом проводе: о = а + в + с = 5. Рабочий и пусковой токи двигателя:

I раб. =---------------------- = -------------------------- = 51,8 А 52 А I пуск. =I ном.раб. Кп = 52 5,7 = 295 А 6. Принимаем для управления и защиты двигателя пускатель с тепловым реле и автоматический выключатель с тепловым и комбинированным расцепителями, поскольку в соответствии с требованиями ПУЭ данные установки необходимо защищать от перегрузок и коротких замыканий.

7.1. Принимаем пускатель реверсивный, т. к. двери нужно открывать и закрывать, тип пускателя - ПМЛ, с тепловым реле для защиты от перегрузок, с кнопками и сигнальными лампами на номинальный ток 52 А.

- ток уставки теплового реле Пускатели маркируются четырьмя цифрами, каждая из которых обозначает: номинальный ток, реверсивность, наличие реле, наличие корпуса и сигнальных ламп, катушку переменного или постоянного тока, наличие вспомогательных контактов. По справочнику выбираем подходящий пускатель и маркируем его: подходит пускатель 4-ой величины (первая цифра – 4) на номинальный ток 63 А ( 63 > 52 ).

Выбираем вторую цифру: нам необходимы наличие реверсивности и теплового реле, этому соответствует цифра 4.

Выбираем третью цифру: цифра 2 соответствует наличию корпуса и сигнальных ламп, принимаем цифру 2.

Выбираем четвертую цифру: переменному току соответствует любая цифра от 0 до 5. Принимаем цифру 2.

Таким образом мы приняли тип пускателя: ПМЛ - 4522 - реверсивный, т. е. состоящий из двух контакторов, с реле, исполнения IP 54, для переменного тока.

Данные пускателя записываем в соответствующую клетку схемы (см. рис.3).

7.2. Принимаем автомат серии ВА трехполюсный, так как двигатель трехфазный, на номинальный ток автомата: Iн.а. I раб. = 52 А, т. е. выбираем из таблицы Приложения В ближайшее большее значение с номинальным током автомата 100 А. 100 > 52.

Выбираем расцепитель автомата: Iн.р. I раб., принимаем из справочника ближайшее большее значение тока расцепителя 63 А. 63> 52.

Выбираем ток отсечки автомата, ток отсечки должен быть больше пускового тока: Iотс. Iпуск. = 295 А. для данного автомата имеются 3 ступени отсечки, имеющие кратность 3,7 и 10 токов расцепителя. Путем подбора ближайшего большего значения умножаем номинальный ток расцепителя на кратность 3, 7 и 10.

Из расчета видно, что число 183 не подходит, так как меньше, чем 295 А, но подходят числа 441 и 630, однако ближе к 295 число 441. Принимаем ток отсечки 441 А. 441> 295.

Окончательно принимаем автомат ВА-51-31 -100-63-441 с номинальным током 100 А, с током расцепителя Iнр = 63 А, (63>52), и с током отсечки Iотс. = = 441 А, (441>295) 8. Выбор автоматов для освещения. Принимаем для осветительной сети в каждой фазе однополюсный автомат и один общий - трехполюсный.

8.1. Для каждой фазы:

автомат ВА- 51-31 - 1 - 100 - 40 с номинальным током автомата Iном.а.=100А, с током расцепителя Iном. р.= 40 А, (40 > 37 ) и током отсечки Iотс 1,25 Iном = 1,25 37 = 46 А - принимаем ближайшее большее значение: Iотс. = 3 40 = 120 А (120>46) 8.2. Общий автомат для освещения:

- подходит ВА-51 -31-100-50. Iном. а= 100 A; IНОМ. p = 50 А.

Ток отсечки автомата 9. Автомат для всей группы 9.1. Номинальный ток автомата: Iном.а Iном. гр. = 52 + 37 = 89 А. Принимаем автомат с номинальным током 100А: ВА-51 -31 - 100-100. Номинальный ток автомата: Iном.а= 100 А, (100 > 89), ток расцепителя Iном.р= 100 А (100>89).

9.2. Ток отсечки группового автомата:

Iотс. гр. Iпуск.макс. + I.НОМ = 295 + 37 = 332 А Принимаем большее ближайшее значение:

Iотс. = 7 100 = 700 А (700 > 332) 10. Проверяем чувствительность защиты при однофазном коротком замыкании (минимальном токе КЗ):

Кч=-------------------1, Кч1=-----------------=2,5>1,5-подходит Кч2=-----------------=2,0>1,5-подходит Кч3=-----------------=1,6>1,5-подходит Кч4=-----------------=5,7>1,5-подходит Кч5=-----------------=3>1,5-подходит Таким образом, проверка показывает, что защита от коротких замыканий обеспечивается во всех точках сети.

6. Составляем схему питания (см. рис. 5 ) Выбрать электродвигатели (2 шт.). Выбрать пускатели и автоматические выключатели, проверить чувствительность защиты. Напряжение сети 380 В (для вариантов с 28 по 31 - 660 В.). Расчетную мощность брать с учетом нагрузки двигателя К3 = Ррасч./Рном.

Выбор пускателей производится в соответствии с условиями эксплуатации и окружающей среды; в зависимости от режима работы аппаратов (АС-3, АС-4, ДС); от величины напряжения, тока нагрузки, коммутационной способности, необходимости реверсирования и сигнализации.

Для выбора уставок срабатывания теплового реле (Iу.т) или блока ТЗП необходимо соблюдать условия:

обычно на всех пускателях можно регулировать величину тока уставки реле в пределах 0, 1,2 Iном. пускателя. Например, если на реле РТЛ написано Iном= 25А, значит на нем можно установить ток уставки срабатывания реле от 0,625=15А до 1,225=30А.

Автоматические выключатели ВА - Тип выключателя Электро- Мощность(кВт) при частоте вращедвигатель ния об/мин, количество полюсов:

Коэффициент мощности Примечание к приложению В: в одной строке таблицы при одних и тех же габаритных размерах указываются данные нескольких двигателей, имеющих различное число полюсов, разную скорость и различную мощность.

ГАТЕЛЬ

Приложение Г - Электродвигатели серии 5А, АИР

ЛИТЕРАТУРА

Назаров А.И., Электрическое оборудование для подземных работ, Методическое пособие по изучению конструкции и электрических схем, Кировск, ХТК, Назаров А.И. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий, Кировск, 2006, 286 с.