Лекция 16. Характеристики защитных приборов

Содержание лекции:

- рассмотрение основных характеристик защитных приборов.

Цель лекции:

- умение выбирать защитные приборы по их основным характеристикам.

Основные характеристики быстродействующих предохранителей - времятоковая характеристика и разрывные токовые характеристики.

В справочных материалах приводятся защитные (токо-временные) характеристики плавких вставок предохранителей, представляющие собой зависимости полного времени перегорания плавкой вставки от проходящего по ней тока. Одним из недостатков предохранителей является нестабильность защитной характеристики из-за старения плавкой вставки. Время срабатывания предохранителя может отличаться от приводимого в справочной литературе на ± 50%.

Основное электроэнергетическое оборудование (линии, трансформаторы и др.) обладает нагрузочной способностью, т. е. способностью выдерживать перегрузки. На рисунке 1 приведена кривая нагрузочной способности силового масляного трансформатора (характеристика1). Идеальный предохранитель должен иметь характеристику, всюду отстоящую на один и тот же отрезок времени ∆t и проходящую ниже кривой 1 (характеристика 2). Это означает, что при появлении недопустимой перегрузки плавкая вставка должна перегореть раньше, чем трансформатор получит термическое повреждение. Выполнить такое требование сложно из-за не идеальности характеристик предохранителя, т. е. несоответствия их нагрузочной способности трансформатора. На рисунке 1 приведена также характеристика реального предохранителя (кривая 3), пересекающаяся с кривой 1 в точке С. Прямая СД, проходящая через эту точку, делит плоскость на две зоны, Л и В. В зоне А предохранитель защищает трансформатор; в зоне В предохранитель не защищает трансформатор.

Рисунок 1- Защитные характеристики предохранителя

Для селективного действия последовательно установленных вставок высокого напряжения типа ПК необходимо, чтобы их номинальные токи различались не менее чем на одну ступень шкалы.

При проверке селективности вставок по их защитным характеристикам в сети напряжением выше 1000 В следует иметь в виду, что их разброс регламентируется следующим образом: для любого времени отключения отклонения в величине тока не должны превосходить ±20%. Построение расчетных характеристик для таких предохранителей показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Построение расчетных характеристик предохранителей на напряжение выше 1000В

На рисунке 3 показаны защитные характеристики предохранителей. Плавкие предохранители, выбранные по пусковым условиям и обладающие крутопадающей защитной характеристикой, не обеспечивают защиту от перегрузок. Кроме того, перегорание предохранителя в одной фазе приводит к ненормальному режиму работы электродвигателя, пуск которого в этом случае приводит к сгоранию обмоток, если он не будет автоматически отключен.

Рисунок 3 - Защитные характеристики предохранителей ПН2 (сплошные линии) и НПН (штриховые линии)

Разрывные токовые характеристики. Семейства разрывных характеристик наглядно демонстрируют важнейшее фундаментальное свойство плавких предохранителей —ограничение тока короткого замыкания в цепи. В процессе срабатывания предохранитель является нелинейным элементом, не подчиняющимся закону Ома, поскольку изменяются физические условия протекания тока. Типичные разрывные характеристики предохранителей с различным номинальным током приведены на рисунке 4.

Здесь видно, что ожидаемый ток КЗ в 40 кА будет ограничен величиной всего 4 кА при использовании предохранителя на номинальный ток 100 А.

Автоматические выключатели могут иметь следующие защитные характеристики (см. рисунок 5):

зависимую от тока характеристику времени срабатывания (тепловой расцепитель) (кривая 1);

не зависимую от тока характеристику времени срабатывания (электромагнитный расцепитель) (кривая 2);

ограниченно зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания (комбинированный расцепитель) без выдержки времени (кривая 3) или с выдержкой времени (кривая 4). Эти АВ называют селективными.

Рисунок 4 - Разрывные характеристики предохранителей одного типа с различным номинальным током

Селективные АВ могут иметь и трехступенчатую защитную характеристику (кривая 5); зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ.

Рисунок 5 - Защитные характеристики автоматических выключателей

Продолжая говорить о назначении и технических характеристиках электрических автоматов (защитных автоматических выключателях), отметим, что марка электрического автомата состоит из латинской буквы, которая обозначает скорость срабатывания электрического автомата, и числа – силе тока отсечки.

В-характеристика применяется там, где нужно защитить линии с малыми токами КЗ или пусковыми токами (длинные линии, генераторы, активная нагрузка, в быту: освещение, розетки и т.п.).

С-характеристика применяется там, где есть повышенные пусковые токи (двигатели, трансформаторы), защита кабельных линий.

D-характеристика применяется для линий с большими токами КЗ, в цепи двигателей с тяжёлым пуском (очень большие пусковые токи), защита кабельных линий, трансформаторы.

К-характеристика для защиты кабелей и оборудования, нечто промежуточное между C и D характеристиками.

А,Z- характеристика предназначена для защиты полупроводниковых компонентов, электронного оборудования, цепей трансформаторов напряжений.

Времятоковые характеристики выключателей приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Времятоковые характеристики выключателей

при контрольной температуре 30°С: а - защитная характеристика

по ГОСТ Р 50345- 92; б - защитная характеристика по ГОСТ Р 50030.2- 94

Защитные характеристики выключателей при контрольной температуре 30°С соответствуют требованиям ГОСТ и приведены в таблице 1 в зависимости от их исполнения.

Таблица 1 - Защитные характеристики выключателей при контрольной температуре 30°С

Стандарт	Тип	Тепловой расцепитель	Электромагнитный расцепитель
не расцепляет	расцепляет	время	не расцепляет	расцепляет	время
ГОСТ Р 50345 IEC 898–87	В	1,13Iном	-	>1 ч	3Iном	-	³ 0,1 с
-	1,45Iном	< 1 ч	-	5Iном	< 0,1 с
С	1,13Iном	-	>1 ч	5Iном		³ 0,1 с
-	1,45Iном	< 1 ч	-	10Iном	< 0,1 с
В	2,55Iном	-	>1 ч	-	-
С	-	2,55Iном	< 60 с
ГОСТ Р 50030.2 IEC 947-2–89	G	1,05Iном	-	>1 ч	6,8Iном	³ 0,1 с
-	1,3Iном	< 1 ч	-	10,2Iном	< 0,1 с
L	1,05Iном	-	>1 ч	3,6Iном	-	³ 0,1 с
-	1,3Iном	< 1 ч	-	5,4Iном	< 0,1 с
Примечание. Токи срабатывания электромагнитных расцепителей в цепи постоянного тока составляют 1,5 значений, указанных в таблице.

Список литературы

1. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений /Б.И. Кудрин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.

2. Гужов Н. П., Ольховский В. Я., Павлюченко Д. А. Системы электроснабжения. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008.

3. Норинков И.П. Автоматизированное проектирование.- М.: Энергетик, 2002.

4. Киреева Э.А. и др. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. – М.: НТФ Энергопрогресс, Энергетик, 2003. – 120 с.

5. Чунихин А. А. Электрические аппараты. Общий курс. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1975.- 648с.

6. Правила устройства электроустановок республики Казахстан. Союз инженеров-энергетиков. - Астана, 2010.

7. Электрические аппараты. Справочник Автор: Алиев И. И., Абрамов М. Б. Издательство: РадиоСофт, 2004.

8. Киреева Э.А. Справочные материалы по электрооборудованию (цеховые электрические сети, электрические сети жилых и общественных зданий), 2004.

9. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. - М.: Форум: Инфра-М, 2006.

10. Маньков В.Д. Основы проектирования систем электроснабжения. Справочное пособие. - СПб: НОУ ДПО "УМИТЦ "Электро Сервис", 2010.

11. Анастасиев П.И., Бранзбург Е.З., Коляда А.В. Проектирование кабельных сетей и проводок. Под общ. ред. Хромченко Г. Е. - М.: "Энергия", 1980.

12. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 464 с.

13. Справочная книга электрика./ Под ред. В.И. Григорьева.- М.: Колос, 2004.

14. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учебное пособие для сред. проф. образования. – М., 2001. – 320 с.

14. РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования, Москва, «Издательство НЦ ЭНАС», 2002.

15. IEC 60364-5-523 Электрическое оборудование. Часть 5: Выбор и построение электрического оборудования. Глава 52: Выбор систем и конструкция проводки. Раздел 523: Допустимые токи.

16. xSpider версия 2.8, Справочное руководство. Ing. Petr Slavata, Doc. Ing. Jiří Rez, CSc., Ing. Michal Kříž, Ing. František Štěpán, 2010.

Переходные процессы в электроэнергетических системах. Учебник для вузов. Гриф МО РФ, 2009 г.

Крючков И.П., Старшинов В.А., Пираторов М.В., Гусев Ю.П.

Редактор: Крючков И.П.

Свод. план 2011 г., поз. 79

Ольга Николаевна Ефимова