Содержание материала

16.5. ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска. В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.
Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать 7/НОм. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току двигателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относительно небольшой инерцией механизма время разгона двигателя составляет 1 с. Процесс разгона центрифуги происходит значительно медленней из-за большой инерции механизма, и длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происходить старения под действием этих токов. Экспериментально установлено, что старение плавкой вставки не происходит при токах, равных половине тока плавления. Согласно рис. 16.7 вставка предохранителя ПН-2 при времени 1 с плавится при токе, равном 5/Ном- Вследствие производственных допусков времятоковая характеристика имеет разброс (штриховые кривые). Если пуск длится 1 с, то среднее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 тока плавления вставки за это же время. Таким образом, пусковой ток /п связан с током вставки соотношением /п=0,5/Пл = 0,5-5/в,ном и, следовательно,
^в.ном — 0>4/п,
т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому току нагрузки.
Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги), или в повторно-кратковременном режиме, когда пуски происходят с большой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом.
Времятоковая характеристика предохранителя ПН-2
Рис. 16.7. Времятоковая характеристика предохранителя ПН-2

 

Наряду с проверкой вставки по условиям пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить проверку по условиям КЗ. При /к11в,ном^Ю-т-15 время перегорания вставки не превышает 0,15—0,2 с, и на этом времени мало сказывается разброс характеристик вставок. При таком времени сваривание контактов контактора или магнитного пускателя маловероятно. Однако это требование часто не удается соблюсти, так как кратность ]к/1в,иом определяется мощностью питающего трансформатора и сопротивлением токопроводящих проводов и кабелей. Допускается применение предохранителей при кратностях Л(//в,ном^З—4. При такой кратности время отключения может достигать 15 с, что создает опасность для обслуживающего персонала, так как при этой кратности напряжение прикосновения может оказаться опасно большим. При такой низкой кратности /к11в,ном нагрев провода при небольших перегрузках (1,6—2) может быть очень большим II может приводить к выгоранию изоляции [16.3]. Поэтому установка плавких вставок с большим запасом может допускаться только в крайних случаях, когда выгорание изоляции проводников не грозит пожаром (провода уложены в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).
В заключение следует указать, что номинальное напряжение предохранителя £/Ном,пр должно быть равно номинальному напряжению сети Umu,c.
В качестве примера рассмотрим выбор предохранителей для ряда двигателей, питающихся от общего распределительного щита РЩ (рис. 16.8).

 

Выбор плавкой вставки для каждого предохранителя проводится, как указывалось выше.
б) Выбор предохранителей по условию селективности.
Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранителей (рис. 16.9), которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.
Предохранитель FU1, пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель FU2, установленный у одного из потребителей. При КЗ необходимо, чтобы повреждение отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику, должны остаться работоспособными. Такая согласованность работы предохранителей называется избирательностью или селективностью.
Для обеспечения селективности полное время tp2 работы предохранителя FU2 должно быть меньше времени нагрева предохранителя FU1 до температуры плавления его вставки.
Из (16.1), (16.5) можно получить для предохранителей закрытого типа (ПН-2)
После простейших преобразований получим условие селективности для предохранителей с гашением дуги в закрытом объеме
Для закрытых предохранителей с мелкозернистым наполнителем и медной вставкой селективность соблюдается при 9i/<72>1>55. Указанные соотношения справедливы и для случая токоограничивающих предохранителей, когда ток КЗ длится только долю полупериода.
Рассмотренный расчет носит приближенный характер, так как не учитывает конкретные характеристики данной конструкции предохранителя и отклонения реальных характеристик от номинальных из-за производственных допусков.
Для обеспечения селективности наименьшее фактическое время срабатывания предохранителя FUI (на больший ток) должно быть больше наибольшего времени срабатывания предохранителя FU2 (на меньший номинальный ток):
где Гср.б, tcv.m — времена срабатывания предохранителя на больший и меньший номинальные токи, соответствующие номинальной характеристике.
Время срабатывания предохранителя из-за производственных допусков может отклоняться от номинального на ±50%. Тогда приведенное неравенство можно записать в виде
Множители 0,5 и 1,5 учитывают, что предохранитель FU1 взят с отрицательным допуском по времени срабатывания, а предохранитель FU2 — с положительным. В результате получим необходимое условие селективности


т.е. для селективной работы время срабатывания предохранителя на больший ток должно быть в 3 раза больше, чем у предохранителя на меньший ток.
Неравенство (16.6) учитывает крайний случай, когда время работы предохранителя на больший поминальный ток имеет наименьшее значение, а у предохранителя на меньший номинальный ток — наибольшее значение. На основании (16.6) составлена табл. 16.4. Для данной вставки с током /ном.м вставка на больший ток берется з зависимости от кратности тока. Так, при /к//ном,м=Ю при токе /ном,м = 30 А вставка предохранителя на больший ток должна быть выбрана на 50 А.
Если нарушение селективности не ведет к серьезным нарушениям работы защищаемой установки, то при выборе вставок отклонение характеристик предохранителей от номинальных можно принимать ±25%.
в) Выбор быстродействующих предохранителей для защиты полупроводниковых приборов. 1. Полный джоулев интеграл при отключении предохранителя (/2/)0ткл,пред должен быть меньше допустимого джоуле-вого интеграла полупроводникового прибора (/А')приб- На рис. 16.10 представлена схема мощной выпрямительной установки. В каждом плече моста установлено по пять диодов, каждый из которых защищен предохранителем FU. При пробое диода VD,t ток КЗ /„, обозначенный пунктиром, замыкается через VDH в обратном направлении и закорачивает две фазы.

 



Рис. 16.11. Зависимость преддуговых интегралов от тока предварительной нагрузки
Рис. 16.10. Защита полупроводниковых диодов в мощной выпрямительной схеме
Предохранитель FU срабатывает, поврежденный диод отключается, и схема продолжает нормальную работу с некоторой перегрузкой диодов.