Лекция 9. Защитные приборы. Выбор и проверка защитных приборов

Содержание лекции:

- ознакомление с аппаратами защиты.

Цель лекции:

- получения навыков по выбору и проверке защитных приборов.

Аппаратом защиты называют аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь от КЗ или перегрузок, которая, как правило, состоит из электроприемника и электрической сети.

Плавкие предохранители.

Плавкие предохранители считают одним из наиболее простых, дешевых и надежных аппаратов защиты максимального тока в сетях Н Н и ВН (до 110 кВ). В то же время предохранитель является наиболее ослабленным звеном электрической цепи. Чтобы представить разнообразие предохранителей, на рисунке 1 приведена их классификация по принципу действия, материалу плавкой вставки и конструкциям. Защитные свойства плавких предохранителей не регулируются и определяются типом предохранителя, габаритом патрона, номинальным током плавкого элемента, а также дополнительными факторами: температурой окружающей среды, способом монтажа, степенью старения плавкого элемента и т.п.

Рисунок 1 - Классификация предохранителей

Временем срабатывания плавкого предохранителя считают время плавления плавкого элемента до момента появления электрической дуги. Пропускаемый токоограничиваюшим предохранителем ударный ток КЗ определяется временем срабатывания предохранителя.

Ток срабатывания плавкого предохранителя определяют как ток, приводящий к срабатыванию предохранителя за время, достаточное для достижения установившегося теплового состояния (за время от 1 до 4 ч в зависимости от номинального тока плавкого элемента). Ток, который в этих условиях не приводит к срабатыванию предохранителя, называют током несрабатывания. Среднее геометрическое этих двух токов называют пограничным током предохранителя.

Условия выбора и проверки плавкого предохранителя:

1) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше номинального напряжения электрической сети;

2) номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчетному току защищаемой цепи и отстраивают от токов кратковременной допустимой перегрузки, пусковых и пиковых токов электроприемников.

Номинальный ток патрона предохранителя должен соответствовать выбранной плавкой вставке;

3) выбранные плавкие предохранители проверяют на требуемую чувствительность защиты: в электрических сетях общего назначения;

4) проверка на отключающую способность.

Плавкие предохранители можно подразделять согласно различным аспектам, какими является конструкции (силовые – ножевые, с резьбой, цилиндрические, и т. д.), тип характеристики отключения (gG/gL: для общего использования - для преобладающего большинства применений; aM: для защиты цепей с электродвигателями – только для защиты от короткого замыкания; gR, aR: для защиты полупроводников и пр.), согласно виду тока (AC, DC), номинального напряжения и т. д. Типы и исполнения отличаются так же и согласно национальным особенностям.

Критерий выбора плавкого предохранителя в цепи с известными соотношениями при коротком замыкании:

(1)

где - номинальная наибольшая отключающая способность плавкого предохранителя;

-начальный импульсный ток короткого замыкания.

Автоматические выключатели

Для защиты электрических проводок можно выбирать как автоматические выключатели, так и плавкие предохранители. В настоящее время для защиты проводок небольших сечений до 10 мм² для простой возможности повторного включения используют автоматические выключатели, а именно автоматические выключатели с характеристиками проводки B, C или же D. На входе электрической проводки в объект, как правило, используются плавкие предохранители. Для сечений 16 мм² и 25 мм² используют как автоматические выключатели, так и плавкие предохранители для больших сечений, как правило, используются плавкие предохранители с характеристиками gG.

У автоматических выключателей, иногда называемых также миниатюрные или инсталляционные автоматические выключатели, имеется одинаковый тепловой расцепитель, который вызывает отключение небольших сверхтоков при перегрузке. Они отличаются в настройке мгновенного расцепителя (короткого замыкания, электромагнитного), который обеспечит отключение больших сверхтоков - коротких замыканий. Данный расцепитель действует только начиная с токов определенной величины. У автоматических выключателей с характеристикой:

- B от токов больше 3 ... 5 кратного номинального тока;

- C от токов больше 5 ... 10 кратного номинального тока;

- D от токов больше 10 ... 20 кратного номинального тока.

Проводка должна нагружаться своим расчетным током I_B.

Номинальный ток защитного компонента In должен быть больше или хотя бы равен расчетному току I_B, т. е. I_B ≥ In. Выполнение данного неравенства, однако, еще не является гарантией правильного присваивания защитного компонента проводке. Даже выполнение условия In ≥ Iz этого еще не гарантирует. Дело в том, что номинальный ток защитного элемента нам без знания характеристики отключения почти ничего не говорит о его способности надлежащим образом защищать проводку.

Автоматические выключатели НН могут снабжаться следующими встроенными в них расцепителями: электромагнитным или электронным расцепителем максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически не зависимой оттока скоростью срабатывания; электротермическим или электронным инерционным расцепителем максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени; расцепителем тока утечки; расцепителем минимального напряжения; расцепителем обратного тока или обратной мощности; независимым расцепителем (для дистанционного отключения выключателя). Первые два типа устанавливают во всех полюсах, остальные расщепители — по одному на выключатель. Токи уставки, а также выдержки времени токовых расцепителем могут быть регулируемыми. В одном выключателе можно применять один или несколько типов токовых расцепителей и дополнительно к ним расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель и электромагнит включения.

Условия выбора и проверки автоматического выключателя:

1. Соответствие номинального напряжения АВ номинальному напряжению сети U_HOM с.

2. Соответствие номинального тока выключателя расчетному току защищаемой цепи.

3. Токовую отсечку АВ (уставку электромагнитного или аналогичного ему расцепителя) отстраивают от пиковых токов электроприемника по выражению

Iсо > 1,05/Iс₃/Iса/Iср/Iпик = Iсн/Iпик, (2)

где Iсн = 1,05/ Iс₃/Iса/Iср — коэффициент надежности отстройки; 1,05 -коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме напряжение может быть на 5 % выше номинального напряжения электроприемника: Iс₃ — коэффициент запаса; Iса — коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пиковом токе электроприемника Iпик; Iср — коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки. Пиковый ток зависит от вида электроприемника.

4. Автоматический контроль за перегрузкой электроприемников осуществляется тепловым или аналогичным ему электронным расцепителем АВ, поэтому уставку последнего выбирают из соображений допустимой перегрузки электроприемника и электрической сети.

Причиной токовой перегрузки, как правило, является превышение номинальной мощности электроприемника (ЭП) вследствие изменения или нарушения технологического процесса, возникновение анормальных режимов, ошибочно заниженный выбор мощности электропривода (например, двигателя вентилятора) и т.д. Это превышение тока легче отследить в цепи данного ЭП, чем в групповой сети, поэтому защиту от перегрузки надо устанавливать у ЭП, а групповые сети защищать от перегрузки не имеет смысла.

5. Выбор времени срабатывания отсечки.

Выбор АВ начинают с защиты ЭП. Время срабатывания отсечки этих выключателей должно быть наименьшим. Как правило, это АВ с комбинированным расцепителем — неселективные. Время срабатывания отсечки определяется собственным временем отключения выключателя, выбираемым по каталогам. Для соблюдения условия селективности (избирательности действия защит) время срабатывания отсечки должно возрастать последовательно по цепи: АВ ЭП, линейный, секционный, вводной. Соблюдение перечисленных ступеней защиты позволяет построить селективную защиту электрической сети во всем диапазоне сверхтоков.

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ. Предельной коммутационной способностью выключателя (ПКС) называется максимальное значение тока КЗ, которое выключатель способен включать и отключать несколько раз, оставаясь в исправном состоянии. Одноразовой ПКС (ОПКС) называют наибольшее значение тока, которое выключатель может отключить 1 раз. После этого дальнейшая работа выключателя не гарантируется.

Каталожное значение ПКС должно быть не менее значения тока КЗ, протекающего в цепи в момент расхождения контактов выключателя.

7. Проверка на чувствительность отсечки при КЗ

, (3)

где К_ч — коэффициент чувствительности отсечки; I_кш — минимальный ток КЗ в конце защищаемой зоны; I_со — ток срабатывания отсечки; k_р — коэффициент разброса срабатывания отсечки потоку.