Початок arrow Статті arrow Защита электрических сетей и установок напряжением до 1000 В

Защита электрических сетей и установок напряжением до 1000 В

В сетях и установках напряжением до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, самозапуск электродвигателей, короткое замыкание. Эти ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и оборудования, созданию ситуаций, опасных для персонала. Поэтому сети и установки должны быть защищены от перегрузок и токов короткого замыкания.
Согласно ПУЭ сети разделяют на защищаемые от перегрузок и токов короткого замыкания и на защищаемые только от токов короткого замыкания. Защите от перегрузок подлежат следующие сети:
внутри помещений, выполненные проложенными открыто незащищенными изолированными проводами или проводами с горючей оболочкой;
внутри помещений, выполненные защищенными проводами, проложенными в трубах, несгораемых строительных конструкциях и т.п.;
сети освещения общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также пожароопасных производственных помещений;
силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сетей может возникать их длительная перегрузка;
сети всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сетей.
Все остальные сети не требуют защиты от перегрузок и должны быть защищены только от токов короткого замыкания.
Основными аппаратами защиты сетей напряжением 380...660 В являются предохранители с плавкими вставками и автоматические воздушные выключатели. От них требуются кратчайшее время отключения и обеспечение селективности. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными, но не приводящими к отключению цепи при пуске электродвигателей и кратковременных перегрузках.

Защитные аппараты устанавливают в начале каждой ветви сети, т.е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции и силовых пунктов, на каждом ответвлении от линии, на трансформаторных вводах.
Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель, например серии ПР (рис. 1, а) представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку J, калиброванную на определенныii ток и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30... 50% выше номинального /н в течение 1 ч и более. При токе, превышающем номинальный ток плавких вставок на 60... 100%, они плавятся за время меньше 1 ч. Для уменьшения времени перегорания плавкой вставки ее выполняют плоской с несколькими сужениями или в виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оловянными шариками.
Предохранитель и плавкую вставку характеризуют следующие показатели:
номинальное напряжение — напряжение, при котором предохранитель работает длительное время;
номинальный ток патрона — ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные соединения патрона по условию длительного нагрева;
Предохранитель серии ПР
Рис. 1. Предохранитель серии ПР (а) и его времятоковая характеристика (б):
I — болтовой контакт; 2 — латунная втулка; 3 — плавкая вставка; 4 — фибровая трубка; 5 — латунный колпачок; 6 — медный контактный нож
номинальный ток плавкой вставки — ток, который она выдерживает, не расплавляясь длительное время;
разрывная способность, определяемая максимальным отключаемым током /пер, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени и без разрушения патрона;
времятоковая, или защитная, характеристика — зависимость времени t полного отключения цепи от отключаемого тока / (рис. 5.8, б).
К наиболее распространенным предохранителям, применяемым для защиты электроустановок напряжением до 1000 В (табл. технические характеристики предохранителей на напряжение до 1000 В), относятся ПР-2 — предохранитель разборный, НПН — насыпной предохранитель неразборный, ПН-2 — предохранитель насыпной разборный.
По конструктивному исполнению предохранители можно разделить на две группы: с наполнителем (например ПН-2, НПН, ПП-17, ПП-18, наполненные мелкозернистым кварцевым песком); без наполнителя (например ПР-2).

В предохранителях без наполнителя с закрытыми разборными патронами из фибры дуга гасится газами, образующимися при разложении фибры во время горения дуги. Электрическая дуга при перегорании плавкой вставки предохранителей с наполнителем из кварцевого песка разветвляется между его зернами и охлаждается вследствие интенсивной отдачи теплоты наполнителю, что значительно сокращает время ее горения.
Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки /Б. При этом должны быть выполнены следующие условия:
номинальный ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального тока данной цепи в рабочем режиме,  что предотвращает перегорание предохранителя при нормальном режиме работы;
плавкая вставка не должна перегорать во время пуска самого мощного электродвигателя, подключенного к данной цепи,
номинальный ток плавкой вставки должен быть не больше трехкратного значения длительно допускаемого (номинального) тока /доп проводов защищаемой линии,
Чтобы выполнить последнее условие, иногда приходится увеличить площадь сечения проводов линии.
При защите линии, от которой питаются двигатели и другие электропотребители,
/в > /кр/2,5,                                                                                
где /кр — кратковременный максимальный ток линии.
Этот ток определяется по формуле
Плавкую вставку подбирают по. большему из токов, рассчитанных по двум первым условиям. При этом выбирают ближайшее большее стандартное значение номинальною тока вставки. Выбор плавких вставок проверяют по типовым времятоковым характеристикам, приведенным в справочниках.

Кривая пускового тока электродвигателя и времятоковые характеристики предохранителя
Рис. 2. Кривая пускового тока электродвигателя и времятоковые характеристики предохранителя для четырех различных плавких вставок
На рис. 2 показаны кривая пускового тока электродвигателя /пуСк(/) и времятоковые характеристики /в = /(/) для четырех различных плавких вставок 7— 4. По рисунку видно, что плавкая вставка / имеет недостаточную чувствительность, а плавкие вставки 3 и 4 перегорят при пуске двигателя. Следовательно, надо выбирать вставку 2.
Автоматический выключатель
Рис. 5.10. Автоматический выключатель:
1 — дугогасительная решетка; 2, 5, 14 — элементы механизма свободного расцепителя; 3 — рукоятка; 4 — отключающая пружина; 6 — пружина; 7— собачка расцепителя; 8— термобиметаллический элемент; 9 — якорь электромагнита; 10— сердечник электромагнита; 11 — шинка расцепителей; 12 — гибкий проводник; 13 — ось; 15 — подвижный контакт; 16 — неподвижный контакт; 17 — шина; 18 — крышка; 19 — основание

Автоматические выключатели, или автоматы, устройство одного из которых показано на рис. 5.10, применяют для защиты элементов сети от токов короткого замыкания и в качестве оперативных коммутационных аппаратов. Управление автоматами может быть ручным и дистанционным. Автоматы выпускают в одно-, двух- и трех- полюсном исполнении для сетей переменного и постоянного тока, выдвижными (с втычными контактами, расположенными с обратной стороны панели автомата) и невыдвижными (с передним присоединением). Расцепители автоматов бывают тепловыми (Т), электромагнитными (М), комбинированными (МТ), минимального напряжения, независимого питания.
Автомат характеризуют следующие показатели:
номинальное напряжение — максимальное напряжение постоянного или переменного тока, при котором автомат нормально работает;
номинальный ток автомата /н а — максимальный длительный ток его главных контактов;
ток срабатывания автомата /Сра — наименьший ток, при кото ром автомат отключает электрическую цепь;
предельный ток отключения /пра — наибольший ток, который можно отключить автоматом;
номинальный ток расцепителя /нр — максимальный длительный ток, при котором расцепитель не срабатывает;
ток уставки расцепителя /у — наименьший ток срабатывания расцепителя, на который тот настраивается;
ток установки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя /у м, называемый током отсечки.
В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы делят 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.
Технические характеристики различных автоматов, в том числе подстанционных типа АВМ, приведены в табл. 5.3.
При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия: номинальный ток автомата /на и ток уставки расцепителя /у должны быть больше расчетного тока /р, т.е.

(5.50)

ток уставки мгновенного срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя /у м принимается в зависимости от пикового

тока линии I
(5.51)
(5.52)
где /кр— ток уставки комбинированного расцепителя; /пуск — пусковой ток электродвигателя.
Для тепловых расцепителей с регулируемой характеристикой, имеющей обратную зависимость от тока, должно соблюдаться условие

(5.53)
где /тр — ток уставки теплового расцепителя.
При выборе предохранителей и автоматов важно обеспечить селективность (т.е. избирательность), которая заключается в последовательном отключении участков сети с определенными временными интервалами в направлении от места повреждения к источнику питания. Избирательность срабатывания автоматов достигается изменением времени их срабатывания. Избирательность в работе предохранителей с /в < 200 А будет обеспечена, если номинальный ток каждой последующей (по направлению тока) вставки будет отличаться от номинального тока предыдущей вставки не менее чем на две ступени.

 
< Заземление и защитное отключение в гражданских зданиях   Конструктивное исполнение и схемы сетей напряжением до 1000 В >