где U_НП и I_НП - номинальные напряжение и ток пускателя;

U_НУ и I_НУ - номинальные напряжение и ток установки;

I_{Н.НАГР.ЭЛ} - ток нагревательного элемента теплового реле

Для установки выбираем тепловое реле РТЛ-1007

Номинальный ток реле: 25 А > 1,7 А

Ток нагревателя: 1,5…2,5 А

1) Величина пускателя по номинальному току: I_НА=10 А > 1,7 А

2) Исполнение по назначению и наличию теплового реле:

нереверсивный с тепловым реле

3) Степень защиты и наличие кнопок: IP54 без кнопок

4) Число и исполнение контактов вспомогательной цепи: 2р+2з

5) Климатическое исполнение и категория размещения: УХЛ4

6) Класс износостойкости: Б

Для двигателя выбираем магнитный пускатель ПМЛ 12110УХЛ4Б

на напряжение U_НА=660 В >380 В [9]

3.5 Выбор сечения кабеля из условия защиты его предохранителями

Произведем выбор защитной аппаратуры групп распределительных щитов.

Условия выбора предохранителя:

по номинальному напряжению:

U_Н.ПР U_СЕТИ, (3.11)

где U_Н.ПР - номинальное напряжение предохранителя, В;

U_СЕТИ - напряжение сети, В.

выбор номинального тока плавкой вставки при защите сборки с числом двигателей меньше пяти [8]

, (3.12)

где где k - коэффициент, зависящий от пускового режима защищаемых

двигателей. Примем k=2,0 - средний пуск [8];

- сумма рабочих токов сборки без учета рабочего тока потребителя с самым высоким пусковым током, А;

- максимальный пусковой ток, А.

Выберем предохранитель для защиты участка ВЩ - РШ2

U_Н.ПР= U_СЕТИ=380 В

А

Выбираем предохранитель НПН2-60: I_Н.ПР=63 А, =63 А, [8].

Определим сечение кабеля

(3.13)

где k=0,8- коэффициент, для проводников с поливинилхлоридной изоляцией прокладываемых внутри помещений [8].

Выбираем кабель марки АВВГ. Способ прокладки - открыто по строительным конструкциям здания. Кабель с четырьмя алюминиевыми жилами, с изоляцией из поливинилхлорида. Сечением 35 мм² и допустимым длительным током 90А [6].

Расчёт сечений участков сети из условия защиты их плавкими предохранителями производим аналогично, результаты расчетов заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3.- Расчёт сечений участков сети из условия защиты их плавкими предохранителями

Участок	Аппарат защиты	Номинальный ток предохранителя IН.ПР, А	Номинальный ток плавкой вставки IПВ, А	Марка кабеля	Количество жилСечение S, мм2	Допустимый ток Iд, А
ВЩ-РЩ1	НПН2-60	63	31	АВВГ	410	33,6
ВЩ-РЩ2	НПН2-60	63	63	АВВГ	435,0	90
ВЩ-РЩ3	НПН2-60	63	10	АВВГ	42,5	19
ВЩ-РЩ4	НПН2-60	63	10	АВВГ	42,5	19
ВЩ-ОЩ	НПН2-60	63	6,3	АВВГ	42,5	19

В качестве вводного шкафа используем шкаф серии ШК11 комплектующийся аппаратами защиты фидерных линий на базе плавких предохранителей серии ПН2.

Выбираем к монтажу шкаф ШК11-7301 на номинальный ток 250 А с рубильником на вводе Р18-353. В шкафу предусмотрено пять трехфазных групп фидерных предохранителей при номинальном токе 63 А [9].

Произведем проверку выбранного сечения кабеля на допустимую потерю напряжения

Проверку проводим на самом загруженном длинном участке ВЩ-РЩ2-EK3.

Должно соблюдаться условие:

U_допU_расч (3.14)

где U_доп - допустимая потеря напряжения, %;

U_расч - расчетная потеря напряжения, %.

Потеря напряжения для внутренних электропроводок не должна быть превышать 5 % [5].

(3.15)

где Р_у - мощность нагрузки данного участка, кВт;

l_у - длина участка, м;

с - постоянный для данного провода коэффициент, зависящий от напряжения сети, числа фаз и материала провода;

S_у - сечение кабеля на участке, мм².

Участок ВЩ-РЩ2

L_ВЩ-РЩ2=10,0 м;

Принимаем с=44 [11] , т.к. участок четырехпроводный, выполненный алюминиевым проводом.

%

Участок РЩ2-EK3.

L_РЩ2-EK3=8,5 м; с=44 [11].

%

Потери напряжения на других участках сети рассчитываем аналогично, результаты расчетов заносим в таблицу 3.4.

Потери напряжения сети.

% < 5%

Потери напряжения для других групп сети рассчитываем аналогично, результаты расчетов заносим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4- Потери напряжения на участках сети.

Участок	Мощность нагрузки РУ, кВт	Длина участка lУ, м	Коэффициент с	Сечение кабеля SУ, мм2	, %
1Группа
РЩ1-М1	1,1	9,75	44	2,5	0,1
РЩ1-ЕК1	12,0	4,0	44	2,5	0,27
РЩ1-ЕК2	8,0	8,5	44	2,5	0,62
РЩ1-М2	1,1	11,0	44	2,5	0,11
РЩ1-М3	0,37	5,0	44	2,5	0,02
РЩ1-М4	0,25	7,0	44	2,5	0,07
2Группа
РЩ2-М5	1,5	3,5	44	2,5	0,05
РЩ2-М6	1,1	9,0	44	2,5	0,09
РЩ2-ЕК3	16,2	8,5	44	2,5	0,52
РЩ2-ЕК4	6,0	4,5	44	2,5	0,25
3Группа
РЩ3-М7	0,135	4,9	7,5	2,5	0,036
РЩ3-М8	0,135	2,0	7,5	2,5	0,015
РЩ3-ЕК5	2,4	5,0	7,5	2,5	0,65
РЩ3-ЕN	1,15	6,5	7,5	2,5	0,4
РЩ3-Е	0,1	7,0	7,5	2,5	0,03
Магистральные линии
ВЩ-РЩ1	22,8	3,0	44	35	0,04
ВЩ-РЩ2	24,8	10,0	44	35	0,16
ВЩ-РЩ3	3,92	11,5	44	6	0,17
ВЩ-ОЩ	2,782	13,6	44	2,5	0,34

Таблица 3.5- Потери напряжения в магистральных линиях сети.

Конфигурация сети	Магистральные линии ,%	Наиболее загруженный потребитель группы ,%	, %
ВЩ-ЕК2	0,04	0,62	0,66
ВЩ-ЕК3	0,16	0,52	0,68
ВЩ-ЕК5	0,17	0,65	0,82
ВЩ-ОЩ	0,34	0,34	0,68

4 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЗОНЫ

4.1 Определение электрических характеристик производственных,

общественных и коммунальных потребителей.

Определение электрических нагрузок на вводах потребителей.

Таблица 4.1- Установленная мощность квартир в многоквартирных домах

Наименование объекта	Рд, кВт	Qд, кВар	Рв, кВт	Qв, кВар
Квартира в двухквартирном доме	4,5	1,8	12	3,96
Квартира в четырехквартирном доме	4,5	1,8	12	3,96

Расчетная нагрузка для квартир в многоквартирных домах определена из условия, что пища готовится на жидком топливе, в домах нет кондиционеров и данные здания относятся к новой застройке [12].

Определим расчетные нагрузки жилых домов.

Поскольку нагрузки являются идентичными, не отличаются друг от друга более чем в четыре раза, то для расчета воспользуемся методом коэффициента одновременности.

Расчетные дневные (Р_Д) и вечерние (Р_В) активные нагрузки жилых домов:

, , (4.1)

где n - число квартир в доме;

Р_МД и Р_МВ - дневной и вечерний максимумы нагрузки [12];

k_о - коэффициент одновременности [13].

Расчетные дневные (Q_Д) и вечерние (Q_В) реактивные нагрузки жилых домов находим аналогично.

Расчет нагрузки двухквартирного дома:

k_o=0,76 [13], n=2, Р_МД.=4,5 кВт, Р_МВ =12,0 кВт.

Р_Д=0,76·2·4,5=6,84 кВт, Р_В=0,76·2·12=18,24 кВт

Расчет нагрузки четырехквартирного дома:

k_o=0,61 [13], n=4, Р_МД.=4,5 кВт, Р_МВ =12,0 кВт.

Р_Д=0,61·4·4,5=10,98 кВт, Р_В=0,61·4·12=29,28 кВт

Таблица 4.2-Установленная мощность производственных и общественных потребителей, домов

№ строения	Наименование объекта	Рд, кВт	Qд, кВар	Рв, кВт	Qв, кВар
1…4	Двухквартирные дома	6,84	2,73	18,24	6,01
5…19	Четырехквартирные дома	10,98	4,39	29,28	9,7
20	Магазин смешанного ассортимента на 2 рабочих места	4	2,5	8	3,9
21	Столовая на 40 мест	12	7,5	4	1,9
22	Административное здание на 15 мест	15	9,3	8	3,9
23	Автомастерская	30	22,7	15	8,8

Расчетные нагрузки производственных и общественных потребителей приняты в соответствии с данными [12].

В данные мощности потребителей включим нагрузки наружного освещения. Нормативы нагрузки наружного освещения хозяйственных построек составляют 250 Вт на одно помещение, а для общественных помещений составляет 0,5 Вт на 1м² площади [13].

Таким образом, принимаем нагрузку наружного освещения для автомастерской 250 Вт, для административного здания 120 Вт, для магазина 120Вт. В остальных объектах уже учтены нагрузки наружного освещения.

Определим полную мощность потребителей

Суммарную полную мощность S для дневного и вечернего максимумов вычисляют по соответствующим значениям P и Q:

, (4.2)

где P-активная мощность, кВт;

Q-реактивная мощность, кВар.

Определим суммарную полную мощность S дневного и вечернего максимумов для двухквартирных домов.

; кВа.

; кВа.

Аналогично произведем расчет для других потребителей, данные занесем в таблицу 4.3.

Определение коэффициента мощности потребителей в максимум нагрузки.

Коэффициент мощности для дневного и вечернего максимумов вычисляют по соответствующим значениям P и S:

, (4.3)

Определим коэффициент мощности дневного и вечернего максимумов для двухквартирных домов.

; , ; .

Аналогично произведем расчет для других потребителей, данные занесем в таблицу 4.3.

Характеристика объектов и обоснование категории по надежности электроснабжения.

Руководствуясь правилами устройства электроустановок [6], определим категории электроснабжения.

Ко второй категории отнесем административное здание, магазин смешанного ассортимента, столовую. Поскольку перерыв в электроснабжении приведет к недоотпуску продукции, простоям механизмов, нарушению нормальной деятельности персонала администрации.

К третьей категории отнесем все остальные электроприемники. Для них перерывы в электроснабжении не должны превышать одни сутки.

Таблица 4.3-Электрические характеристики производственных и общественных потребителей, квартир в многоквартирных домах. Категория электроснабжения.

№ строения	Наименование объекта	SД, кВа	SВ, кВа	cosцД	cosцВ	Категория электро-снабжения
1…4	Двухквартирные дома	7,36	19,2	0,93	0,95	3
5…19	Четырехквартирные дома	11,83	30,8	0,93	0,95	3
20	Магазин смешанного ассортимента на 2 рабочих места	4,7	8,9	0,85	0,9	2
21	Столовая на 40 мест	14,1	4,4	0,85	0,9	2
22	Административное здание на 15 мест	17,6	8,9	0,85	0,9	2
23	Автомастерская	42,9	20	0,7	0,75	3

4.2 Выбор числа ТП 10/0.4 кВ и места их установки

Так как снабжение электроэнергией осуществляется небольшой части населенного пункта с сосредоточенным расположением нагрузок, а расстояние между группами построек не превышает 500 м, то примем к установке одну подстанцию.

Для определения места положения трансформаторной подстанции (ТП) используем метод размещения ТП в центре тяжести нагрузок. Ее координаты вычисляются по формулам:

, (4.4) , (4.5)

где X_i ,Y_i - координаты потребителей на плане, рис. X;

Р_i- расчетная нагрузка потребителя;

n -число потребителей.

Координаты определяем по нагрузкам вечернего максимума, поскольку они превышают суммарное значение дневного.

=5,5

=5,1

При установке подстанции необходимо учитывать планировку объектов, удобство обслуживания, особенности местности. К тому же необходимо обеспечить удобный подъезд. Поэтому уточненные координаты подстанции следующие:

=6,0 =5,0

Рис. 4.1- Схема расположения объектов на плане.

4.3 Прокладка трасс линии электропередач 0,38 кВ и ее устройство

Прокладку трасс воздушной линии (ВЛ) 0,38 кВ осуществляем по кратчайшим расстояниям до потребителей, с учетом удобства ее дальнейшей эксплуатации.

Опоры выбираем железобетонные. Основа всех опор - стойка СВ-10,5-5 (10,5-длина стойки, м; 5-допустимый изгибающий момент, т·м). Пролеты 25...30 метров, пролеты ответвлений к вводам не превышают 10 м, если длинна ввода превышает 25 м или нужно сделать ввод в низкое здание, устанавливаем дополнительную опору.

Изоляторы ТФ-20. Провода на промежуточных опорах крепятся проволокой, а на концевых опорах пластинчатыми зажимами ПА.

Опоры заглублены в грунт на глубину 1.8-2.0 м. Траверсы заземлены проводником 6мм², присоединенным к нулевому проводнику зажимом ПА. Для заземления опор используют один из стержней стойки, к которому с обоих концов приварены заземляющие элементы.

Так как имеются потребители электроэнергии, относящиеся ко второй категории по надежности электроснабжения, согласно ПУЭ устанавливаем двухтрансформаторную подстанцию [6].

4.4 Определение числа линий и трасс их прохождения

Воздушные линии напряжением 0,38 кВ располагаются вдоль улиц, в основном по двум сторонам. Допускается при соответствующем обосновании предусматривать прохождение трассы по одной стороне улицы с устройством ответвлений от ВЛ к отдельно стоящим постройкам с пересечение проезжей части улиц. Кроме того число отходящих линий не должно превышать 4-х; ее длина не должна превышать 500 м.

Для питания потребителей принимаем четыре линии. Первая линия питает двухквартирные дома, магазин и столовую. Вторая линия питает часть четырехквартирных домов. От третьей линии запитаны мастерская и четырехквартирные дома. От четвертой линии снабжаются административное здание и четырехквартирные дома.

Для питания светильников уличного освещения прокладывается фонарный провод.

Согласно данным правилам, проводим трассировку линии 0,38 кВ, как показано на рисунке 4.1.

4.5 Определение расчетных и эквивалентных мощностей на участках

линий

Электрические нагрузки однотипных потребителей не отличающиеся более чем в четыре раза определяют путем суммирования расчетных нагрузок на вводе потребителей с учетом коэффициента одновременности:

, , (4.6)

где и -расчетная дневная и вечерняя нагрузки на участке

линии, кВт;

- коэффициент одновременности;

и - дневная и вечерняя нагрузка на вводе i-го

потребителя, кВт.

- Номер потребителя

-Дневная и вечерняя нагрузка потребителя соответственно

Рисунок 4.2- Расчетная схема отходящих линий ВЛ 0,4 кВ

Определение расчетной нагрузки покажем на примере расчета линии Л-1.

Участок 7-6: Рв(7-6)=18,24 кВт

Участок 6-5: k_О=0,76 , при числе потребителей n=2 [13].

Рв(6-5)=0,76 (18,24+18,24) Рв(6-5)=27,72 кВт

Участок 5-4: k_О=0,66 , при числе потребителей n=3 [13].

Рв(5-4)=0,66 (29,8+18,24) Рв(5-4)=28,8 кВт

Участок 4-3:

Суммирование нагрузок участков сети с разнородными потребителями определяем табличным методом.

Рв(4-3)= Рв(5-4)+ДP_Доб, (4.7)

где ДP_Доб- добавка к меньшей слагаемой нагрузки.

меньшая из слагаемых нагрузки: Pв₂₀ =8 кВт

добавка к меньшей слагаемой нагрузки: ДP_Доб=4,8 кВт [13].

Рв(4-3)= 30,9+4,8 Рв(4-3)=35,7 кВт

Участок 3-2:

Поскольку нагрузки потребителей отличаются более чем в четыре раза, то следует воспользоваться табличным методом. При этом к большему из двух слагаемых суммируют добавку от меньшего.

Рв(3-2)=Рв(4-3)+ДP_Доб,

меньшая из слагаемых нагрузки: Pв₂₁=4 кВт

добавка к меньшей слагаемой нагрузки: ДP_Доб=2,4 кВт [13].

Рв(3-2)=35,7+2,4 Рв(3-2)=38,1 кВт

Участок 2-1:

Суммирование нагрузок участков сети с разнородными потребителями определяем табличным методом.

Рв(2-1)= Рв(3-2)+ДP_Доб,

меньшая из слагаемых нагрузки: Pв₄ =18,24 кВт

добавка к меньшей слагаемой нагрузки: ДP_Доб=11,23 кВт [13].

Рв(2-1)= 42,3+11,23 Рв(2-1)=53,53 кВт

Участок 1-ТП:

Рв(1-ТП)= Рв(2-1)+ДP_Доб,

меньшая из слагаемых нагрузки: Pв₁₀ =29,28 кВт

добавка к меньшей слагаемой нагрузки: ДP_Доб=18,2 кВт [13].

Рв(1-ТП)= 53,53+18,2 Рв(2-1)=71,73 кВт

Расчетную мощность на шинах 0,4 кВ ТП определяют путем суммирования расчетных мощностей всех групп табличным методом.

Расчетная полная мощность определяется с учетом коэффициента мощности

, кВА (4.8)

Значение коэффициента мощности для объекта принимаем согласно [13]. Для группы потребителей с различными коэффициентами мощности, общий рассчитываем, зная полную и активную мощности группы в целом.

Определение расчетной нагрузки покажем на примере расчета линии Л-1.

Расчеты произведем для вечернего максимума, поскольку он превышает дневной.

Участок 7-6: cos(_В7-6)=0,95

кВА

Участок 6-5: cos(_В6-5)=0,95

кВА

Участок 5-4: cos(_В5-4)=0,95

кВА

Участок 4-3: cos(_В4-3)=0,9

кВА

Участок 3-2: cos(_В3-2)=0,9

кВА

Участок 2-1: cos(_В2-1)=0,9

кВА

Участок 1-ТП: cos(_В1-ТП)=0,83

кВА

Расчеты линий №2 и №3 производим аналогично, результаты расчетов сводим в таблицу 4.4.

Эквивалентные мощности определим по формуле:

, (4.9)

где - коэффициент динамики роста нагрузок. Для вновь строящихся линий при достижении проектной мощности через 5...7 лет =0,7 [13].

Участок 7-6: Sэкв(7-6)=0,7·19,2=13,44 кВА

Участок 6-5: Sэкв(6-5)=0,7·29,2=20,44 кВА

Участок 5-4: Sэкв(5-4)=0,7·30,3= 21,21кВА

Участок 4-3: Sэкв(4-3)=0,7·39,7=27,8 кВА

Участок 3-2: Sэкв(3-2)=0,7·42,3=29,6 кВА

Участок 2-1: Sэкв(2-1)=0,7·59,5=41,7 кВА

Участок 1-ТП Sэкв(1-ТП)=0,7·86,4=60,5 кВА

Расчеты линий №2 и №3 производим аналогично, результаты расчетов сводим в таблицу 4.4.

Таблица 4.4-Нагрузки на расчетных участках линии 0,4 кВ

Расчетный участок	РВ	cosВ	SВ	SВЭКВ
Линия ВЛ-1
7 - 6	18,24	0,95	19,2	13,44
6 -5	27,72	0,95	29,2	20,44
5- 4	28,8	0,95	30,3	21,21
4 - 3	35,7	0,9	39,7	27,8
3 -2	38,1	0,9	42,3	29,6
2 - 1	53,53	0,9	59,5	41,7
1 - ТП	71,73	0,83	86,4	60,5
Линия ВЛ-2
5- 4	29,28	0,95	30,8	21,6
4 - 3	44,5	0,95	46,8	32,8
3 -2	57,9	0,95	60,9	42,6
2 - 1	71,4	0,95	75,15	52,6
1 - ТП	80,5	0,95	84,7	59,3
Линия ВЛ-3
4 - 3	15	0,75	20	14
3 -2	33,7	0,95	35,5	24,85
2 - 1	48,5	0,95	51,1	35,8
1 - ТП	91,4	0,95	96,2	67,34
Линия ВЛ-4
4 -3	29,28	0,95	30,8	21,56
3 -2	44,5	0,95	46,8	32,76
7- 6	29,28	0,95	30,8	21,56
6 -5	44,5	0,95	46,8	32,76
5 -2	43,9	0,75	46,2	32,34
2 -1	77,2	0,95	81,26	56,9
1 - ТП	93,68	0,83	98,6	69,02

Для выбора марки и сечения проводов на участках линии воспользуемся методом экономических интервалов. Этим методом можно выбирать сечения проводов в зависимости от нагрузки, района климатических условий, в котором сооружается линия, материала опор.

Провода выбираем из таблицы экономических интервалов [13] по эквивалентной мощности S_ВЭКВ, толщине стенки гололеда - 10 мм, для линии выполненной на ЖБ опорах. Данные заносим в таблицу 4.5.

Для выбранного сечения провода выполняем расчет по потере напряжения, при условии, что передается мощность расчетного года.

Потерю напряжения определяем по формуле:

(4.10)

где: U_УД - удельная потеря напряжения, %/(кВ·А·км), [11];

S_РАСЧ - расчетная мощность на участке, кВА;

l - длина участка, км.

Для примера приведем расчет сечения проводов линии Л-1.

Рассчитываем потерю напряжения на каждом участке по формуле 4.10, используя значения cosц и применяемый провод определяем значение U_УД по номограмме [11].

Таблица 4.5-Выбор сечения проводов

Участок	Марка и площадь сечения провода, мм	cosУчастка	UУД	SРАСЧ, кВА	lУчастка, км
7 - 6	3А-25 + А-25	0,95	0,81	13,44	0,059
6 -5	3А-25 + А-25	0,95	0,81	20,44	0,029
5- 4	3А-25 + А-25	0,95	0,81	21,21	0,029
4 - 3	3А-95 + А-25	0,9	0,28	27,8	0,08
3 -2	3А-95 + А-25	0,9	0,28	29,6	0,029
2 - 1	3А-95 + А-25	0,9	0,28	41,7	0,08
1 - ТП	3А-95 + А-25	0,83	0,3	60,5	0,059

U_7-6 = 0,8113,440,059=0,64 % U_3-2 = 0,2829,60,029= 0,24 %

U_6-5 = 0,8120,440,029=0,48 % U_2-1 = 0,2841,70,08= 0,93 %

U_5-4 = 0,8121,210,029=0,5 % U_1-ТП = 0,3060,50,059=1,07 %

U_4-3 = 0,2827,80,08= 0,62 %

Потери напряжения в линии:

U = 0,64+0,48+0,5+0,62+0,24+0,93+1,07=4,4 %

Суммарные потери напряжения не превышают допустимые (U_доп=5 %) [5], следовательно, принимаем данное сечение проводов.

Остальные линии рассчитываем аналогично, результаты расчетов заносим в таблицу 4.6.

Таблица 4.6-Потери напряжения в линиях

Расчет-ный участок	Расчетная мощность, кВА	Коэффи- циент мощности, cos	Длина участка, км	Марка и площадь сечения провода, мм	UУД, %	U %
						Участка	Линии
Линия ВЛ-1
7 - 6	13,44	0,95	0,059	3А-25 + А-25	0,81	0,64	4,4
6 -5	20,44	0,95	0,029	3А-25 + А-25	0,81	0,48
5- 4	21,21	0,95	0,029	3А-25 + А-25	0,81	0,5
4 - 3	27,8	0,9	0,08	3А-50 + А-50	0,425	0,62
3 -2	29,6	0,9	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,24
2 - 1	41,7	0,9	0,08	3А-95 + А-95	0,28	0,93
1 - ТП	60,5	0,83	0,059	3А-95+ А-95	0,3	1,07
Линия ВЛ-2
5- 4	21,6	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,26	2,97
4 - 3	32,8	0,95	0,059	3А-50 + А-50	0,425	0,82
3 -2	42,6	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,52
2 - 1	52,6	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,64
1 - ТП	59,3	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,73
Линия ВЛ-3
4 - 3	14	0,75	0,059	3А-25 + А-25	0,72	0,60	2,45
3 -2	24,85	0,95	0,029	3А-25 + А-25	0,81	0,58
2 - 1	35,8	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,44
1 - ТП	67,34	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,83
Линия ВЛ-4
4 -3	21,56	0,95	0,029	3А-25 + А-25	0,81	0,51	3,54
3 -2	32,76	0,95	0,059	3А-25 + А-25	0,81	1,5
7- 6	21,56	0,95	0,029	3А-50 + А-50	0,425	0,26
6 -5	32,76	0,95	0,059	3А-50 + А-50	0,425	0,82
5 -2	32,34	0,75	0,08	3А-95 + А-95	0,30	0,77
2 -1	56,9	0,95	0,029	3А-95+ А-95	0,29	0,47
1 - ТП	69,02	0,83	0,059	3А-95+ А-95	0,30	1,22

4.6 Расчет проводов наружного освещения

В число потребителей кроме жилых домов, производственных помещений включают так же уличное освещение, нагрузка которого принимает участие только в вечернем максимуме, причем в полном объеме. Принимаем, что в данном населенном пункте дорога двух видов:

1) с асфальтобетонным покрытием шириной 11 м., поэтому удельную мощность принимаем Р_уд1=13,0 Вт/м [12];

2) с асфальтобетонным покрытием шириной 7 м., поэтому удельную мощность принимаем Р_уд2=11,0 Вт/м [12].

Освещение выполнено лампами ДРЛ-400, улицы освещаются светильниками РКУ01-400 (кривая силы света- - широкая, световой КПД - 70%, способ установки светильника - консоль). Индекс "1" относится к расчету дороги шириной 11м., "2"- к расчету дороги шириной 7м. [3].

Определим мощность уличного освещения для:

Р_УЛ= Р_УД·l, (4.11)

где Р_УД - удельная мощность, Вт/м;

l- суммарная длина освещаемых улиц, относящихся к одному виду дорог, м.

Линия-1: l₁=147 м Р_УЛ1= 13,0·0,147=1,91 кВт

l₂=173 м Р_УЛ2= 11,0·0,173=1,9 кВт

Линия-2: l₂=120 м Р_УЛ2= 11,0·0,120=1,32 кВт

Линия-3: l₂=120 м Р_УЛ2= 11,0·0,120=1,32 кВт

Линия-4: l₁=80 м Р_УЛ1= 13,0·0,080=1,04 кВт

l₂=293 м Р_УЛ2= 11,0·0,293=3,22 кВт

Определяем количество светильников для каждой линии:

, (4.12)

где N - количество светильников, шт;

Рл - мощность лампы (Рл=0,4 кВт).

Линия-1:

шт. Примем: шт.

шт. Примем: шт.

Линия-2:

шт. Примем: 3 шт.

Линия-3:

шт. Примем: 3 шт.

Линия-4:

шт. Примем: 3 шт.

шт. Примем: шт.

Для определения сечения и марки проводов наружного освещения составим схему замещения каждой линии, рисунок 4.2; в качестве примера проведем расчет для Линия ВЛ-1, общие результаты расчетов сведем в таблицу 4.7.

Линия Л-1: Р_ОСВ(ВЛ-1)= Рл ( + ); Р_ОСВ(ВЛ-1)=0,4(5+5)=4,0 кВт

выбираем провод А-25 [13 ]

Потери напряжения в линии:

U= Р_ОСВ /U²·l·R_О·100%, (4.13)

где R_О- удельное электрическое сопротивление постоянному току, Ом/км;

R_О=1,14 Ом/км, для провода А-25 [13];.

l= l₁₊ l₂; l=147+173=320 м.

U=(4000/220²)·0,32·1,14·100 = 3,01 % < U_ДОП

Поскольку данное условие выполняется, то принимаем данный провод к установке.

Таблица 4.7- Расчетные значения по уличному освещению

Расчетный участок	Длина участка, км	РОСВ, кВт	Марка провода	U,
Линия-1	0,32	4,0	А-25	3,01
Линия-2	0,12	1,2	А-25	0,33
Линия-3	0,12	1,2	А-25	0,33
Линия-4	4-2	0,08	0,8	А-25	0,22
	7-2	0,17	2,4	А-25	0,96
	2-ТП	0,08	1,2	А-25	0,22

Осветительная нагрузка:

Р_ОСВ(ВЛ1)+ Р_ОСВ(ВЛ2)+ Р_ОСВ(ВЛ3)+ Р_ОСВ(ВЛ4)

4,0+1,2+1,2+0,8+2,4+1,2=10,8 кВт

4.7 Определение номинальной мощности ТП

Определим суммарную мощность на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции.

Мощность на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции определяем по вечернему максимуму, поскольку преобладает коммунально-бытовая нагрузка; данные для выбора трансформатора берем из таблицы 4.6, мощность подстанции определяем путем суммирования мощностей линий с учетом надбавки от меньших:

P(ТП)=P(ВЛ-4)+P(ВЛ-1)+ P(ВЛ-2)+ P(ВЛ-3)

P(ТП)=69,02+41,3+40,4+46=196,72 кВт

,

где cos_В=0,83 для трансформаторных пунктов напряжением 10/0,4 кВ со смешанной нагрузкой [13].

кВА

мощность каждого трансформатора (S_ТР) будет равна 0,65 общей мощности [14].

S_ТР=247,81·0,65=161,07 кВА

Выбираем двухтрансформаторную подстанцию типа КТП-77 [15], с двухобмоточным трансформатором ТМ-160/10, Sн=160 кВА 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Y с нулем [15].

Тип коммутационного аппарата:

-на стороне 10 кВ: укомплектована выключателями с пружинным приводом;

-на отходящих линиях 0,4 кВ - ВА51.

4.8 Выбор сечения линии 10 кВ

Питание трансформаторной подстанции осуществляется по ВЛ-10 кВ, протяженностью 1,1 км.

Ток линии:

; А (4.14)

Сечение провода определим методом экономических интервалов:

(4.15)

где F_ЭК - экономическое сечение провода, мм²;

I - ток в линии, А;

j_ЭК - экономическая плотность тока А/мм².

Принимаем j_ЭК=1,1-для алюминиевых неизолированных проводов при использовании максимума нагрузки более 3000 часов до 5000часов [13].

мм²

Минимальным сечением для ВЛ 10 кВ по условию механической прочности для алюминиевых проводов является сечение 35 мм². Принимаем к монтажу провод А-35.

Определим потери напряжения в линии ВЛ10

, (4.16)

где , -активная и реактивная нагрузки потребления,

, - активное и реактивное сопротивление линии,

-напряжение линии, В.

=196,72кВт, =247,81кВА,

, кВАр

Расчет допустимых потерь напряжения

Составляем таблицу отклонений и потерь напряжения в линиях. Норма отклонения напряжения у потребителя в соответствии с ГОСТ13109-87 на качество электроэнергии и нормативной документации, не должна превышать .

На шинах ТП 110/10 кВ обеспечивается режим встречного регулирования и заданы отклонения напряжения на шинах при 100%-ной и 25%-ной нагрузках:

U¹⁰⁰=-2,5% U²⁵= -2,5%

Таблица 4.8- Отклонение напряжения и надбавки ПБВ трансформаторов

Параметр	Нагрузка
Передаваемая мощность	100%	25%
Шины 10 кВ ТП 35/10 кВ	-2,5	-2,5
Потери напряжения в линиях 10 кВ	-0,238	-0,06
Трансформатор 10/0,4
Постоянная надбавка	+5	+5
Переменная надбавка	+2,5	+2,5
Потери напряжения в трансформаторе	-4	-1
Потери напряжения в линиях 0,4 кВ	-3,1	-0,78
Отклонение напряжения у потребителя	-2,34	+3,16

Отклонение напряжения в контрольной точке сети

, (4.17)

где -алгебраическая сумма надбавок напряжения в сети,

- сумма потерь напряжения в сети.

100 % нагрузка Vпер=-2,5-0,238+5+2,5-4-3,1= -2,34 %

25 % нагрузка Vпер=-2,5-0,06+5+2,5-1-0,78= +3,16 %

Норма отклонения напряжения не превышает допустимую норму, следовательно, принимаем данные надбавки ПБВ.

Рисунок 4.3-Отклонение напряжения в сети

4.9 Определение сопротивления элементов сети электроснабжения

Определим сопротивления воздушной линии ВЛ10.

Данные провода А-35:

R10o=0,830 Ом/км; Х10о=0,352 Ом/км [13],

где: R₀ - удельное активное сопротивление линии для провода;

X₀ - удельное индуктивное сопротивление линии, принимаем в зависимости от среднего расстояния между проводниками.

Активное сопротивление:

; Ом; (4.18)

Индуктивное сопротивление:

; Ом; (4.19)

Определим сопротивления воздушной линии ВЛ1.

Данные провода:

Марка:А-25; R1o=1,140 Ом/км; Х1о=0,319 Ом/км [13],

Марка:А-50; R2o=0,576 Ом/км; Х2о=0,297 Ом/км [13],

Марка:А-95; R3o=0,308 Ом/км; Х3о=0,274 Ом/км [13],

Активное сопротивление:

; Ом;

; Ом;

; Ом.

Индуктивное сопротивление:

; Ом;

; Ом;

; Ом;

Определим сопротивления трансформаторов

Таблица 4.9- Каталожные данные трансформаторов [16]

Тип	Sном, кВА	Uном, В	Uном, В	Рхх, Вт	Ркз, Вт	Uкз, %	Iхх, %	Схема и группа соединений обмоток.
		ВН	НН
Т1;Т2: ТМ-160/10	160	10000	400	565	2650	4,5	2,4	У/Ун-0

Активное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, (4.20)

где Р_КЗ - потери мощности короткого замыкания (потери в меди), Вт.

Ом

Активное сопротивление параллельно включенных трансформаторов:

Поскольку включены одинаковые трансформаторы, то

; Ом (4.21)

Индуктивное сопротивление Т1,Т2 со стороны НН, равно:

; Ом. (4.22)

Индуктивное сопротивление параллельно включенных трансформаторов

Поскольку включены одинаковые трансформаторы, то

; Ом (4.23)

4.10 Определение токов короткого замыкания

Рисунок 4.3- Схема замещения для расчета токов КЗ

Определим токи короткого замыкания для точки КЗ1

Для расчета токов короткого замыкания воспользуемся методом именованных единиц. Сопротивление всех элементов расчетной схемы приводим к той ступени напряжения, на которой вычисляется ток короткого замыкания, т.е. к 0,4 кВ.

Приведение осуществляется через квадрат коэффициента трансформации.

; . (4.24)

Определяем сумму активных и реактивных сопротивлений до точки К1

;

Ом

;

Ом

Определяем полное сопротивление до точки К31

; Ом (4.25)

Ток трёхфазного к.з. в точке КЗ1 равен:

; кА (4.26)

Ток двухфазного к.з. в точке КЗ1, равен:

кА (4.27)

Рассчитываем ударные токи трехфазного КЗ:

I_УД.=·К_У·I_КЗ (4.28)

Значение К_У определяется в зависимости от отношения результирующих сопротивлений цепи К.З. [8].

; ; К_у=1,01 (4.29)

I_УД.=·1,01·0,73=1,04 кА

Таблица 4.10- Сводная таблица результатов расчета токов короткого замыкания.

Вид к. з.:	КЗш	КЗ1	КЗ2	КЗ3	КЗ4
IК(3) , кА	3,91	0,73	1,34	1,23	0,86
IК(2) , кА	3,41	0,64	1,17	1,07	0,75
iУД ,кА	6,64	1,04	1,91	1,76	1,23

4.11 Выбор автоматических выключателей для защиты линии 0,4 кВ

Нагрузка на головном участке линии ВЛ-1: S_ВЛ1=71,73 кВА

Номинальный ток линии ВЛ-1:

; А (4.30)

К установке принимаем трехполюсный автоматический выключатель ВА53-37 с номинальным током 160 А, на напряжение до 660 В, [8] с параметрами:

Таблица 4.11- Технические данные автоматического выключателя:

Тип	Iном. выкл.	Регулируемые уставки п/п расцепителя		ПКС кА	ОПКС КА
ВА53-37	160	0,63 0,8 1	2; 3; 5; 7; 10	1,25	47,5	53

Выбор автомата по условиям нормального режима:

Соответствие номинального напряжения выключателя Uн.в номинальному напряжению сети

Uср.н: Uн.в Uср.н, 660 380 (4.31)

Соответствие номинальному току:

Iн.авт.=160 А (4.32)

Проверим работу отсечки автоматического выключателя.

Отсечка должна сработать при коротком замыкании в конце линии:

>I_СО (4.33)

Номинальный ток расцепителя выключателя с учётом регулировки:

(4.34)

где, K_Д=(0,631,0)- диапазон регулирования [8]

А

Выберем: =0,8 А

Ток срабатывания отсечки автомата, с учётом диапазона регулирования:

(4.35)

где, K_СОД=(210)- кратность срабатывания отсечки с учётом диапазона регулирования [8]

А

Условие проверки автоматического выключателя по чувствительности:

(4.36)

где, ; нормируемый коэффициент чувствительности [8].

Ток двухфазного к.з. в точке КЗ1, равен: 0,64 кА

Примем: =2 256 А

Проверяем автоматический выключатель по чувствительности:

Т.к. условие проверки выполняется, то принимаем данный автомат для дальнейших расчётов.

Рассчитаем уставку теплового расцепителя:

, (4.37)

где, Iспр - ток срабатывания от перегрузки расчётный;

Кнп - коэффициент надёжности от перегрузки, для выключателей серии

ВА: К_НП=1,25 [8]

Кв - коэффициент возврата защиты, для полупроводниковых расцепителей автоматов серии ВА: Кв=0,97-0,98Примем: Кв=0,975 [8]

А

Проверка по условиям стойкости при К.З.:

-Предельная коммутационная способность:

47,5>0,73 (4.38)

-Однократная предельная коммутационная способность:

53>0,73 (4.39)

Т.к. данные условия выполняются, то защита эффективно отключит К.З.

Аналогично выбираем автоматические выключатели для остальных линий. Результаты заносим в таблицу 4.12.

Таблица 4.12- Выключатели установленные на отходящих линиях 0,4 кВ

Номер линии	Нагрузка линии РВ, кВт	Ток линии IВЛ, А	Тип выключателя	Iн.выкл
ВЛ-1	71,73	108,98	ВА53-37	160	128	256	2,5
ВЛ-2	80,5	122,3	ВА53-37	160	128	256	4,5
ВЛ-3	91,4	138,87	ВА53-37	160	160	320	3,34
ВЛ-4	93,68	142,3	ВА53-37	160	160	320	2,3

4.12 Выбор аппаратуры управления и защиты ТП

Сторона 10 кВ.

Произведем выбор разъединителя

По номинальному напряжению: U_НА. U_Л ,

U_НА.=10 кВ = U_Л.

По максимальному расчетному току:

I_НА I _{РАБ.ФОРС}, (4.40)

где I_НА - номинальный ток разъединителя, А;

- рабочий ток в форсированном режиме, А; [16]

Ток линии 10 кВ:

, А.

I_НА.=200 А А;

По электродинамической стойкости к токам короткого замыкания:

I_УД. I_MAX, (4.41)

где I_УД - ударный ток трехфазного замыкания;

I_MAX - амплитудное значение максимально допустимого тока разъединителя, кА.

I_УД.=·К_У·I_КЗ (4.42)

Для воздушных линий К_у=1,2 [13]

Ток трехфазного замыкания на шинах 0,4 кВ отнесенный к стороне ВН:

, кА

I_УД.=·1,2·0,16=0,27 кА

I_УД.=0,27 кА I_MAX =20 кА.

По термической стойкости к токам короткого замыкания:

I⁽³⁾_КШ.·t_СР t·I_t², (4.43)

где I⁽³⁾_КШ10 - ток трехфазного замыкания на шинах 0,4 кВ отнесенный к стороне 10кВ;

t_СР - время короткого замыкания, с;

I_t- ток термической стойкости, А;

t- предельное время протекания тока, с;

Время короткого замыкания, с;

t_СР=t_З+t_В, (4.44)

где t_З - выдержка времени МТЗ, t_З =1,2 с [16],

t_В- время отключения выключателя, t_В =0,2 с [16].

t_СР=1,2+0,2=1,4 с, I_t=5кА, t=10 с.

Произведем проверку по термической стойкости

<

Поскольку условия выполняются, то принимаем к установке разъединитель РЛНДЗ-10/200 [16]

Выберем предохранители

По номинальному напряжению: U_НА. U_Л ,

U_НА.=10 кВ = U_Л.

Выберем плавкую вставку:

I_П.В 2_.·I _НОМ.Т., , А.

I_П.В = 2_.·9,23=18,46 А

Выбираем предохранитель типа ПК-10/30 c номинальным током плавкой вставки I_П.В =20 А. [16]

Выбор разрядников.

Выбираем [16] вентильные разрядники РВО-10 из условия Uном Uл.

Uном = 12,7 кВ,

12,7кВ > 10кВ, следовательно, принимаем разрядники РВО-10 для установки.

Сторона 0,4 кВ.

Выбор трансформаторов тока.

Выбираем трансформатор тока из условия Iном.тт Iном.т

, А.

Выбираем трансформатор тока ТК-20У3

I_ВН.ТТ=250 А, I_НТТ.=5 А

с коэффициентом трансформации nт = 250/5 =50

Выбор разрядников.

На низкой стороне подстанций 10/0,4 кВ применяем разрядники РВО-0,5 [16]

из условия Uном Uл, Uном = 0,5 кВ, 0,5 кВ > 0,4 кВ, следовательно, принимаем разрядники РВО-0,5 для установки.

5 МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

КОМПРЕССИОННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА

В столовой, как и в других структурах общепита РАЙПО не обойтись без холодильного оборудования. Из имеющегося холодильного оборудования распространены бытовые холодильники, морозильные камеры и шкафы.

В бытовых холодильниках применяют паровые агрегаты двух типов: компрессионные и абсорбционные. Эти агрегаты существенно отличаются друг от друга по своему устройству. В быту и на производстве наибольшее распространение получили компрессионные холодильники. Они имеют высокие эксплуатационные качества и надежны в работе. Выделяются экономным расходом электроэнергии и достаточно низким уровнем шума. В компрессионных холодильных агрегатах циркуляция хладагента и сжатие его паров для конденсации осуществляется компрессором, который приводится в действие асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором [17].

На рисунке 5.1 приведена электрическая принципиальная схема управления компрессионного холодильника “Памир-7У“.



Элементы схемы
Лампа накаливания. Цоколь Е14. P=15 Вт, U=220 В. Концевой выключатель.
Терморегулятор РТХ.
Нагревательный элемент теплового реле.
Контакт теплового реле.
Токовая катушка и контакт пускозащитного реле РТК-Х Iср=2,7А, Iотк=2,2А.
Асинхронный двигатель компрессора ДХМ-2-90 Рном=90Вт, Uном=220В, f=50Гц n=1500 об/мин, з=0,62 Режим работы -S 1.

Рисунок 5.1- электрическая принципиальная схема управления компрессионного холодильника “Памир-7У“[18].

На ее примере рассмотрим предлагаемую нами модернизацию для устранения замеченных недостатков.

Произведем анализ электрической схемы компрессионного холодильника шкафного типа КШ-180 типа “Памир-7У“.

Достоинства:

1) Простая конструкция

2) Дешевая схема

Недостатки:

1) Отсутствие контроля состояния изоляции и поэтому повышенная электро- опасность из-за возможного одновременного касания корпуса холодильника, находящегося под потенциалом, и заземленных частей оборудования (а также: труб отопления, газа, канализации и тд.)

2) Отсутствие защиты от токов перегрузки и короткого замыкания.

3) Отсутствие контроля напряжения питания: максимального и минимального.

4) Отсутствие компенсации реактивной мощности при его очень низком значении. Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,7.

5) Ненадежная работа лампы накаливания из-за постоянного зажигания в низкотем- пературной среде.

6) Отсутствие или не достаточная индикация режимов работы холодильника.

7) Недостаточная мощность двигателя, для которого повторный пуск при кратков-ременном исчезновении напряжения до 3 минут может быть неудачным.

8) Слабые контакты терморегулятора для относительно больших токов (Iпуск=7…10А, Iном=1,5А) и при относительно частых пусках (больше 50 раз в сутки) в течении длительного времени (до 30 лет).

Опытные данные

Для более полного знакомства с электрическими параметрами холодильника “Памир-7У“ были проведены опытные измерения в реальных условиях. На рисунке 5.2 приведена электрическая схема опыта. С помощью лабораторного автотрансформатора АОСН-8А-250В было подведено номинальное напряжение Uном=220В. Сняты показания амперметра, вольтметра и ваттметра (комбинированный универсальный прибор типа Д552).

Были вычислены:

1) Полная мощность, потребляемая холодильником

S=Uсети·Iр,

Uсети=220 В,

Iр=1,12 А,

S=220·1.12=246 ВА.

2) Коэффициент активной мощности

, =140 Вт,

3) Коэффициент реактивной мощности

,

4) Активная составляющая тока ,

А

5) Реактивная составляющая тока

,

А

6) Емкость конденсаторной батареи для полной компенсации реактивного тока

Двигатель компрессора представляет собой активно-индуктивную нагрузку, поэтому по цепи протекает ток, состоящий из активной и реактивной составляющей. По полученным данным коэффициент мощности составил cosц=0,57. Следовательно, применяя компенсацию реактивной мощности можно снизить величину потребляемого полного тока из сети в

, раз

Для этого достаточно включить параллельно обмоткам двигателя конденсатор, как показано на рисунке 5.2.

Величину емкости конденсатора следует подобрать так, чтобы наступил резонанс токов, т.е. X_L= X_C [19]. Рассматривая векторную диаграмму на рисунке 5.3 мы видим, что векторы емкостного и индуктивного тока направлены в противоположные направления. Таким образом, в случае, когда величины емкостного и индуктивного тока равны, происходит их взаимная компенсация, т.е. по цепи питающей двигатель и по пускозащитной аппаратуре протекает только активная составляющая тока.

Рисунок 5.2-Определение емкости конденсатора

Рисунок 5.3-Векторная диаграмма токов

Определим величину емкости конденсатора С3.

Сопротивление конденсатора составит:

или

Приравняем оба выражения и выразим емкость конденсатора

, ,

Емкость необходимая для компенсации реактивной мощности

С=14,5·0,92=13,34 мкф

Значение амплитудного напряжения приложенного к обкладкам конденсатора составит

, В

Принимаем для монтажа батарею из двух конденсаторов на 10 мкф и 2 мкф типа МБГ4 на номинальное напряжение Uном=400 В.

7) Кратность уменьшения потребляемого тока из сети за счет компенсации реактивного тока (мощности).

,

Также была снята временная диаграмма работы холодильника в течении длительного периода - около месяца. По опытным данным время работы холодильника составило от 5 до 30 минут, а время паузы от 10 до 50 минут. Это отображено на рисунке 5.5.

Рисунок 5.4- Схема опыта.

Таблица 5.1-Опытные данные

Измерено	Вычислено
Uном, В	Iном, А	P1ном, Вт	S, ВА	cosц	sinц	Iа, А	Iр, А	С, мкф	k,
220	1,12	140	246	0,57	0,82	0,64	0,92	12,5	1,75

Рисунок 5.5- Временная диаграмма режимов работы холодильника.

Достоинства компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторов:

1) Конденсаторная батарея С=12 мкф/400В имеет небольшие массогабаритные показатели.

2) Конденсаторы относительно просты и дешевы.

3) Удобно монтируются.

4) Не создают шума во время работы так как не имеют движущихся частей.

5) Надежны и долго работают при правильном выборе.

6) Практически не требуют обслуживания.

7) Защищены от действия окружающей среды герметичным закрытым корпусом.

8) Работают при температуре от минус 50 до 50 ?C и в любом положении.

9) Имеют высокий КПД, то есть малые потери активной мощности (около 5Вт/кВАр). Не греются и поэтому пожаробезопасны.

10) Имеют линейную зависимость I=f(U) при неизменной емкости, что упрощает их расчет.

11) За счет резонанса реактивных токов двигателя и конденсаторной батареи, в сети протекает лишь активная составляющая тока, которая почти в два раза меньше полного тока. Тем самым существенно разгружается (почти в два раза) вся питающая сеть: проводка, пускозащитная аппаратура, счетчики активной энергии, силовые трансформаторы, генераторы. Поэтому все перечисленное оборудование может быть выбрано на несколько ступеней ниже, что несет за собой экономию средств. А если учесть, что количество холодильников велико (в каждой семье есть холодильник, а то и не один) и многие из них имеют низкий коэффициент мощности (от 0,5 до 0,7) то для подстанции, силовой сети можно сделать существенную разгрузку по току групповой компенсацией.

На основании общего анализа электрической схемы холодильника “Памир7У“ и опытных данных можно составить алгоритм, что и как следует модернизировать в электрической схеме компрессионного холодильника для устранения недостатков.

Основные направления модернизации в схеме компрессионного холодильника:

1) Для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки (выход из строя механической части компрессора, перепады напряжения в сети), следует предусмотреть автоматический выключатель или предохранитель. Непонятно почему их нет в заводском варианте. Ущерб от пожара многократно больше испорченных размороженных продуктов в случае ложного срабатывания защиты.

2) Для увеличения срока службы и уменьшения пожароопасности надо разгрузить контакты терморегулятора по току (с 1,5А до 0,1А) с помощью промежуточного реле КТ1.

3) Для увеличения срока службы лампы накаливания можно последовательно с ней в цепь выключателя дверцы SQ включить малогабаритный полупроводниковый диод КД105.

4) Для контроля сопротивления изоляции электрооборудования и обеспечении безопасности при повседневном контакте с холодильником (особенно старым) следует его запитать через устройство защитного отключения (УЗО) с Iном=10А и током срабатывания Iут=10mA, но не более 30mA [20].

5) Для разгрузки пускозащитной аппаратуры и другого многочисленного оборудования, можно выполнить компенсацию реактивной мощности с помощью индивидуальной для каждого типа холодильника конденсаторной батареи С3. При этом потребляемый ток уменьшается примерно в два раза, так как коэффициент мощности примерно равен 0,5.

6) Для обеспечения надежной работы однофазного асинхронного двигателя компрессора необходимо:

а) Выбирать при покупке или ремонте моторкомпрессор с мощностью на валу двигателя P2 более 120Вт, а не 90Вт.

б) Заменить однофазный двигатель на трехфазный: встроенный или вынесенный из корпуса компрессора. Но это можно сделать в условиях завода-изготовителя, разработав конструкторскую документацию.

в) Всегда соблюдать для однофазного асинхронного двигателя с Р2=90Вт паузу не менее 5 минут перед каждым включением, так как давление в системе охлаждения спадает и устойчивый пусковой режим этого двигателя будет обеспечен. Это не спасает при сильном снижении напряжения, что относительно редко, но надежно защищает при кратковременном исчезновении напряжения с повторным пуском. Применение промежуточного реле КМ1 совместно с реле времени КТ1 (5 минут) кроме всего обеспечивает и нулевую защиту.

На основании выше предложенного была составлена модернизированная электрическая схема управления компрессионного холодильника. Данная модернизация может быть реализована в домашних условиях квалифицированным электриком из относительно не дорогих, по сравнению со стоимостью самого холодильника, и недефицитных деталей.

Выбор дополнительного оборудования для модернизации схемы холодильника

Для индивидуальной защиты схемы от токов перегрузки и короткого замыкания выбираем либо автоматический выключатель (QF), либо предохранитель (FU).

Потребляемый холодильником ток в номинальном режиме Iном=1,12 А, пусковой ток составляет:

Iп=k_i ·Iном, k_i=9, I_ПУСК=10,1 А

Произведем выбор автоматического выключателя

Соответствие номинальному току электродвигателя:

I_ДВ=1,12 А

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА51Г25-25 [8] с параметрами:

-номинальный ток выключателя: Iнв=25 А

-номинальный ток расцепителя: Iнр=1,6 А

-кратность срабатывания отсечки :

-кратность срабатывания от перегрузки :

Выбор уставок автоматического выключателя.

Проверим работу автоматического выключателя по условию отстройки от

пусковых токов.

Ток срабатывания отсечки расчётный:

, Кно=2,1 [8], А

Ток срабатывания отсечки автомата:

, А

Условие отстройки от пусковых токов: Iсор ? Iсот,

Проверка: 21,21<22,4

Условие выполняется, автоматический выключатель отстроен от пусковых токов.

Рассчитаем уставку теплового расцепителя:

, К_НП=1,25, Кв=1 [8],

защита от перегрузки считается эффективной при условии:

, А

Т.к. данное условие удовлетворяется, то защита от перегрузки эффективна.

По второму варианту выбираем резьбовой автоматический предохранитель типа ПРА-5 [21]с резьбой Е27, у которого уставка теплового расцепителя составляет Iтр=5 А, уставка электромагнитного расцепителя

[10], А

Проверка: I_ПУСК ? Iсот, 10,1<15

Условие выполняется, автоматический выключатель отстроен от пусковых токов.

Для световой индикации режимов работы холодильника, по аналогии с современными схемами, можно рекомендовать применение светоизлучающих диодов, которые имеют большой срок службы, различные цвета свечения и низкую потребляемую мощность.

Выбираем светодиоды типа АЛ307, у которых прямое и обратные сопротивления Uпрям.=Uобр.=2 В, ток индикации Iинд=1,7 mA [10].

Токоограничивающие сопротивления (R1, R2, R4) выбираем из расчета:

, кОм

Мощность рассеиваемая на резисторе:

, Вт

Принимаем для монтажа резистор типа МЛТ с номинальным стандартным сопротивлением 130 кОм и на рассеиваемую мощность 0,25 Вт.

Светодиод VD2 выбираем синего света, VD4 зеленого, VD7 красного. Светодиод VD2 предназначен для сигнализации наличия напряжения (Сеть), VD4-режим “Пауза”, VD7-режим “работа”.

Для устойчивого, надежного пуска при кратковременном исчезновении напряжения (от 1 до 200 секунд) нужна выдержка времени не менее 5 минут. За это время давление в системе спадет и поэтому нагрузка поршневого компрессора резко падает и он не перегружает маломощный двигатель (Р₂=90 Вт).

Выбираем электронное реле времени типа ВЛ-66, у которого Uном=220 В, Iном=5 А, время срабатывания переключающих контактов t=5 мин, ток катушки Iкат=30 mA.

Таким образом реле времени значительно разгружает контакты терморегулятора SQT с 1,12 А до 30 mA (в 40 раз) и выполняет нулевую защиту вместе с электромагнитным пускателем КМ1.

Лампа, применяемая для освещения камеры холодильника, работает в специфических условиях - в холоде. А, как известно, лампочка сгорает всегда в момент включения, так как ее нить в холодном состоянии имеет малое сопротивление. При включении через эту нить протекает увеличенный ток, который и разрушает нить электролампы.

Предлагается запитать электролампу через диод. И хотя электролампа при этом мигает с частотой 50 Гц, это не мешает. Диод снижает действующее значение напряжения и соответственно температуру нити накала.

Определим ток лампы:

, =15 Вт, =220 В, А

Выбираем полупроводниковый кремниевый диод в пластмассовом корпусе типа КД105, с параметрами Iпрям=0,3 А, Uобр=400 В [10].

Диод монтируется рядом с концевым выключателем SQ1 в разрыв провода, изолируется поливинилхлоридным кембриком или изолентой и остается в навесном монтаже на проводах в слое теплоизоляции.

Магнитный пускатель КМ1 предназначен для усиления. Слабые контакты реле времени КТ1.1 подают питание на катушку пускателя КМ1, далее контакты КМ1.1, КМ1.2 пускателя коммутируют цепь двигателя.

Электромагнитные пускатели выбираются по следующим условиям [8].

U_НП U_НУ, I_НП I_НУ, I_{Н.НАГР.ЭЛ} I_НУ,

где U_НП и I_НП - номинальные напряжение и ток пускателя;

U_НУ и I_НУ - номинальные напряжение и ток установки;

I_{Н.НАГР.ЭЛ} - ток нагревательного элемента теплового реле

7) Величина пускателя по номинальному току:

I_НА=10 А > 1,12 А

8) Исполнение по назначению и наличию теплового реле:

нереверсивный без теплового реле

9) Степень защиты и наличие кнопок:

IP20 без кнопок

10) Число и исполнение контактов вспомогательной цепи: 0

11) Климатическое исполнение и категория размещения: УХЛ4

12) Класс износостойкости: Б

Для двигателя компрессора выбираем магнитный пускатель ПМЛ 12110УХЛ4Б на напряжение U_НА=660 В >220 В [9]

Конденсатор С3 был выбран из опытных данных. Это батарея из неполярных конденсаторов типа МБГ4 на рабочее напряжение Uном=400 В, емкостью по 10 мкф и 2 мкф (C3=12 мкф).

Монтаж дополнительного электрооборудования производится навесным монтажом на крепежной пластине мотор-компрессора [22].

Сравнительный анализ однофазного электродвигателя компрессора холодильника с трехфазным асинхронным двигателем на предмет замены

Достоинства:

1) Двухпроводная линия питания вместо четырехпроводной у трехфазного асинхронного двигателя.

2) Однофазный асинхронный двигатель не боится потери фазы (он просто не запустится).

Недостатки:

1) Выше массо-габаритные показатели (примерно в два раза).