Электрические и электронные аппараты

1. Предварительные расчеты
















Рис. 1. Общая схема электроснабжения: T1 – трансформатор; QF10, QF11, QF1...QF4 – автоматические выключатели; QS1 – выключатель-разъединитель; FD1, FD2, FD3 – автоматические выключатели дифференциального тока; KM1 – контактор; KK1 – тепловое реле; FU1 – предохранитель; SB1, SB2 – кнопки; M1 – электродвигатель; КБ1...КБ8 – кабельные линии; 0...4 – характерные точки.
Электроустановка, представленная на рис. 1 выполнена с системой заземления TN-C-S и получает питание от силового трёхфазного трансформатора T1, преобразующего высокое напряжение сети 10 кВ в низкое напряжение 400 В. Обмотка высшего напряжения трансформатора соединена по схеме треугольник (Δ), а обмотка низшего напряжения в звезду (Y) с глухо заземлённой нейтралью. От трансформатора T1 через трёхполюсный автоматический выключатель QF10 питание поступает на сборные шины 230/400 В комплектной трансформаторной подстанции (КТП), на которых обозначена характерная точка 0. При этом по схеме к автоматическому выключателю QF10 подключены только фазные проводники L1, L2, L3, в то время как нулевой PEN-проводник подключается к шине PEN напрямую в обход QF10. К сборным шинам подключены две отходящие линии, однако в дальнейшем рассматривается только первая из них. Рассматриваемая далее отходящая линия защищена установленным в её начале трёхполюсным автоматическим выключателем QF11, к которому подключены только фазные проводники L1, L2, L3, а PEN-проводник проходит в обход QF11. К выходным клеммам QF11 подключен четырёхжильный кабель КБ1 (три фазных жилы и одна PEN-жила), который подключается непосредственно к вводу НКУ.
На вводе НКУ установлен выключатель-разъединитель QS1, после которого питание распределяется на несколько параллельных линий, питающихся по кабелям КБ2 – КБ8. На выходных зажимах QS1 расположена характерная точка 1.
Четырёхжильный кабель КБ2 (три фазных жилы и одна PE-жила) питает трёхфазную нагрузку в виде асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором M1, на клеммах которого расположена характерная точка 2. Для защиты кабеля КБ2 и электродвигателя M1 от сверхтоков предусмотрены трёхполюсный автоматический выключатель QF1, оснащённый только электромагнитным расцепителем, и тепловое реле KK1. Для пуска и остановки электродвигателя используется электромагнитный контактор KM1, для коммутации которого предусмотрена вспомогательная слаботочная цепь управления, состоящая из кнопок пуск SB1 и стоп SB2, катушки электромагнита контактора KM1, вспомогательного замыкающего контакта контактора KM1, а также размыкающего 1 контакта теплового реле KK1. Цепь управления защищена от сверхтоков плавким предохранителем FU1.
Двухжильный кабель КБ3 (жилы L1 и N) питает однофазную осветительную нагрузку и защищён от сверхтоков при помощи однополюсного автоматического выключателя QF2. Линии КБ4 и КБ5 аналогичны КБ3, за исключением того, что подключены к другим фазам сети.
Трёхжильный кабель КБ6 (жилы L1, N и PE) питает однофазную нагрузку, подключаемую к сети при помощи розеточных групп. Кабель КБ6 защищён от сверхтоков при помощи автоматического выключателя дифференциального тока (АВДТ) FD1. Помимо этого, за счёт функции дифференциальной защиты FD1 срабатывает при возникновении тока утечки и тем самым обеспечивает защиту, вызванного повреждением изоляции. Линии КБ7 и КБ8 аналогичны линии КБ6, за исключением того, что подключены к другим фазам сети. Характерные точки 3 и 4 расположены в конце кабельных линий КБ3 и КБ6 соответственно.
На вводе в НКУ выполнено разделение PEN-проводника на PE и N в соответствии с системой заземления TN-C-S. В целях обеспечения требований защиты от поражения электрическим током провод PE присоединяется к металлической оболочке НКУ.
Исходные данные системы электроснабжения. Параметры силового трансформатора: номинальная мощность силового трансформатора Т1 Sтном = 400 кВА; номинальное напряжение низшего напряжения UННном = 400 В; потери короткого замыкания рк = 5,9 кВт; напряжение короткого ик = 4,5 %. Параметры кабелей: длина кабеля КБ1 l1 = 40 м; длина кабеля КБ2 l2 = 20 м; длины кабелей от КБ3 до КБ8 l2-8 = 15 м. Параметры однофазной нагрузки (вариант схемы № 3): мощность нагрузки в линиях с 3 по 5, Р3-5 = 8 кВт; номинальное напряжение однофазной нагрузки Uнном = 220 В; коэффициент мощности нагрузки в линиях с 3 по 8, cosφ3-8 = 0,95. Параметры трёхфазной нагрузки М1 (асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором), номер варианта схемы управления электродвигателя № 1: тип электродвигателя АИР 100 L2; номинальное напряжение Uд. ном = 380 В; номинальная мощность Рд. ном = 5,5 кВт; КПД ηд = 88 %; коэффициент мощности cosφд = 0,88; кратность пускового тока по отношению к номинальному току ki = 7,5; время пуска tп = 4 с.
1.1. Расчет параметров трансформатора
Номинальный ток фазы обмотки низшего напряжения силового трёхфазного трансформатора рассчитываем по формуле:

Модуль полного, а также активное и индуктивное сопротивления фазы силового трансформатора, приведённые к ступени низшего напряжения, рассчитываем по формулам:



1.2. Токи нагрузок
1.2.1. Трёхфазная нагрузка
Действующее значение тока, потребляемого из сети трёхфазным электродвигателем в номинальном режиме по каждой из фаз, определяем по формуле:

Установившееся действующее значение этого тока определяем по формуле:




1.2.2. Однофазные нагрузки
Расчётное значение тока, протекающего по фазному L и нулевому ра