Электропривод горизонтально копировально-фрезерного станка ЛР-93КФ3
2.3 Выбор аппаратов управления и защиты
При работе от преобразователя частоты (ПЧ) в ряде случаев необходимо предусматривать защиту двигателя от перенапряжения (если это не предусмотрено в системе) путем усиления витковой и корпусной изоляции.
Большинство выпускаемых и применяемых в настоящее время ПЧ, рассчитанных на среднюю мощность до 3000 кВт, по своей структуре являются инверторами.
Предохранители.
Предохранители применяют для защиты электроустановок от токов КЗ. Защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки будут выбраны с запасом по пропускной способности, превышающим примерно на 25% номинальный ток плавкой вставки.
Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи, превышающие на 30…50% их номинальные токи в течении одного часа и более. При токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60…100%, они плавятся за время менее одного часа.
Автоматические выключатели.
Автоматические выключатели, не обладая недостатками предохранителей, обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей как от токов перегрузки, так и от токов КЗ. Кроме того, они используются и для управления при нечастых включениях и отключениях. Таким образом, автоматические выключатели совмещают в себе одновременно функции защиты и управления.
Контакторы и магнитные пускатели.
Контакторы - это аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений под нагрузкой силовых электрических цепей. Контакторы не защищают электрические цепи от ненормальных режимов, поскольку у них отсутствуют защитные элементы. Контакторы нашли широкое применение в силовых цепях переменного и постоянного тока.
Магнитный пускатель - это трехполюсный контактор переменного тока, в котором дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы главной цепи двигателя. Магнитные пускатели предназначены для управления трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 75кВт, а также для защиты их от перегрузки. В отдельных случаях их используют для включения и отключения некоторых электроустановок, требующих дистанционного управления.
Магнитный пускатель отключает двигатель от сети при исчезновении напряжения или его понижения до 50…70% от номинального значения.
В промышленной установки согласно ПУЭ для защиты сети и оборудования от перегрузок и токов короткого замыкания применяются автоматические выключатели и предохранители. Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при коротких замыканиях в конце защищаемой линии в сетях с глухо заземленной нейтралью. Аппаратура защиты располагается по возможности в доступных для обслуживания местах таким образом, чтобы была исключена возможность их механических повреждений. Установка их должна быть выполнена так, чтобы при оперировании с ними или при их действии была исключена опасность для обслуживающего персонала и возможность повреждения окружающих предметов.
В электрооборудовании станка предусмотрены следующие средства защиты:
для подключения станка к питающей цепи, а также для отключения от сети во время перерыва в работе или в аварийных ситуациях предусмотрен специальный вводной выключатель с нулевым расцепителем, исключающим самопроизвольное включение станка при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения питания;
кнопки для аварийного отключения снабжены защелками;
в электрооборудовании станка предусмотрены необходимые блокировки, обеспечивающие безопасность оператора и безаварийную работу станка;
на шкафах, соединительных коробках, нишах, содержащих электрическую аппаратуру, помещены знаки электрического напряжения;
степень защиты элементов электрооборудования соответствует:
Выбор сечения проводников.
Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и после аварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями. Для проверки на нагрев принимаются получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети. Сечение проводов и кабелей электрической сети выбираются по нагреву расчетным током и потере напряжения. Электрическая сеть должна также обладать механической прочностью.
Выбор проводников зависит от места прокладки, количества прокладываемых проводников в одной трубе или коробе.
Для прокладки проводников применяем кабель с медной жилой марки ВВГ и ПВГ.
Для выбора сечения рассчитываем токовые нагрузки приходящиеся на один двигатель.
Токовая нагрузка на главный двигатель станка исходит из паспортных данных двигателя АИР132М4/2УХЛ4. Что составляет I = 3,5 А Выбираем кабель ВВГ (3 Ч 2,5 + 1 Ч 1) с нагрузкой Iдл. каб = 16 А
Выбор защитной аппаратуры.
В качестве аппаратов защиты применяются плавкие предохранители или автоматические выключатели с встроенным тепловым (для защиты от перегрузки) и электромагнитным (для защиты от токов короткого замыкания) реле.
Выбор автоматического выключателя производится:
По напряжению уставки Uycт ? UH
По роду тока и его значению IР ? IН
По коммутационной способности IK3 ? Iоткл.
Где:
U уст - напряжение на уставки, В
UH - напряжение номинальное автоматического выключателя, В
IР - рабочий ток установки
IН - номинальный ток автоматического выключателя
Iкз - ток короткого замыкания
Для защиты двигателя применяем автоматический выключатель 5.5 - 8 А ф. Sitmens
На станке устанавливаем двигатель АИР132М4/2УХЛ4с номинальным током - 3,5 А. Устанавливаем автоматический выключатель ф. Sitmens с тепловым расщипителем равным 8 A, UH = 380 В, f = 50 Гц
Проверяем выбранный автоматический выключатель на соответствие по формуле:
Iрасц > I,
8 > 1,25x3,5 = 4,3 A
условие выполняется.
Окончательно применяем к станку автоматический выключатель с сильной коммутационной способностью, с номинальным током 100А, размыкателем по перегрузке 80-100А, с нулевым расцепителем - 380В, 50Гц, с задней осью, с набором главного выключателя на заднюю ось, с шильдиком. Фирмы Kloeckner-Moeller. с параметрами:
IН-100А
UH = 380 В
Iрасц. т=100А
I. оэ =3Iн. оэ =3Iн
Проверка выбранной защитной аппаратуры и силовых питающих кабелей по токам короткого замыкания.
Расчет токов короткого замыкания в системах электроснабжения требуется для проверки работы аппаратов защиты и проводников в режиме сверхтоков, а так же для проверки автоматического отключения линий в сетях до 1000 В с глухо заземленной нейтралью при возникновении замыканий. В соответствии с ПУЭ по режиму короткого замыкания проверяются распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы. Стойкими при токах короткого замыкания являются те аппараты и проводники, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов не подвергаясь электрическим, механическим и иным разрушениям.
Для расчета тока короткого замыкания воспользуемся формулой:
[14]
Где: Uф - напряжение на одной фазе в точке короткого замыкания и находится как отношение:
[15]
ZT - полное сопротивление трансформатора, берется из паспорта или из справочников и вычисляется по формуле:
[16]
Где: UK% = 5,5 - напряжение короткого замыкания,%;
UH = 400 - номинальное напряжение обмотки низкого напряжения, В;
SH - номинальная мощность трансформатора установленного в цехе.
Zп - полное сопротивление петли "фаза - нуль" и включает в себя:
активное и индуктивное сопротивление проводников, шин, кабелей;
суммарное сопротивление различных контактных соединений;
активное и индуктивное сопротивление токовых катушек автоматических выключателей;
активное и индуктивное сопротивление трансформаторов тока.
Данные сопротивлений берутся из справочной литературы и вычисляется по формуле:
[17]
Находим полное сопротивление до РП, включающее в себя шинопроводы в распределительном устройстве, шинопроводы идущие по цеху, кабель соединяющий распределительное устройство с шинопроводом, кабель соединяющий распределительный пункт с шинопроводом и суммарное сопротивление различных контактных соединений что составляет:
активное сопротивление r = 0,107757 Ом
индуктивное сопротивление х = 0,008403 Ом
Рассчитываем ток короткого замыкания в РП.
Сопротивление активное и индуктивное питающего кабеля, сопротивление заземления. Ток короткого замыкания равен:
[18]
Проверяем на соответствие вводного автоматического выключателя линии контроля с параметрами:
IH = 100 А
UH = 380 В
Iрасц. т =230A
Iоэ=3Iн
Рассчитываем ток короткого замыкания на вводе включающего сопротивление активное и индуктивное питающего кабеля длинной 17м
ПВГ 6 Ч 70 + 1 Ч 50, сопротивление заземления. Ток короткого замыкания равен:
проверяем автоматический выключатель на соответствие по условию:
Iкз?3Iэо
1620>3Ч3Ч170= 1503А
условие выполняется.