Значение сечения проволоки для плавкой вставки предохранителя в зависимости от тока нагрузки

Величина тока, А	Свинец, мм2	Сплав, мм2: 75% – свинец, 25% – олово	Медь, мм2	Железо, мм2
	0,21 0,33 0,43 0,52 0,60 0,95 1,25 1,54 1,76 1,98 2,40 2,78 3,14 3,48 3,81 4,12 4,42 4,99 5,53 6,04 6,53 7,01	- - - - 0,62 0,98 1,28 1,56 1,80 2,04 2,47 2,86 3,24 3,59 3,92 4,24 4,56 5,14 5,70 6,23 6,74 7,23	0,05 0,09 0,11 0,14 0,16 0,25 0,33 0,40 0,46 0,52 0,63 0,73 0,82 0,91 1,00 1,08 1,16 1,31 1,45 1,59 1,72 1,84	0,12 0,19 0,25 0,30 0,42 0,55 0,72 0,87 1,01 1,15 1,30 1,61 1,81 2,01 2,20 2,38 2,55 2,88 3,19 3,49 3,77 4,05

Режим выпрямления. Для выпрямителей переменного тока, которые работают только в режиме выпрямления, в качестве возбуждающего напряжения выступает напряжение питающей сети U_ПС.

Режим инвертирования. Для выпрямителей переменного тока, которые работают также и в режиме инвертирования, нарушение может быть вызвано опрокидыванием инвертора. При этом в качестве возбуждающего напряжения U_ВН в короткозамкнутой цепи выступает сумма из питающего постоянного напряжения (например, электродвижущая сила машины постоянного тока) и напряжения трёхфазного тока питающей сети. Эта сумма при подборе предохранительной вставки может быть заменена переменным напряжением, эффективное значение которого соответствует 1,8 – кратному значению напряжения трёхфазного тока питающей сети (U_ВН=1,8U_ПС). Предохранительные вставки должны рассчитываться таким образом, чтобы они надежно размыкали напряжение U_ВН.

Расчетный ток, нагрузочная способность I_Р предохранительной вставки – это ток, приводимый в данных для выбора и заказа и характеристиках, а также указываемый на предохранительной вставке в качестве эффективного значения переменного тока для диапазона частот 45 Гц ¸ 62 Гц.

Для работы предохранительной вставки с расчетным током нормальными условиями эксплуатации являются:

– естественное воздушное охлаждение при температуре окружающей среды +45°С;

– поперечные сечения присоединений равны контрольным поперечным сечениям, при работе в основаниях предохранителей NH и разъединителях;

– угол отсечки тока полупериода составляет 120°;

– постоянная нагрузка максимальна при расчетном токе.

Для условий эксплуатации, отличающихся от перечисленных выше, допустимый рабочий ток I_Р^/ [1] предохранительной вставки определяется по следующей формуле:

I_Р^/ = k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL · I_Р, (2.12)

где I_Р – расчетный ток предохранительной вставки,

k_u – поправочный коэффициент температуры окружающей среды,

k_q – поправочный коэффициент поперечного сечения присоединения,

k_l – поправочный коэффициент угла отсечки тока,

k_i – поправочный коэффициент интенсивного воздушного охлаждения,

k_WL – коэффициент нагрузочных циклов.

Коэффициент нагрузочных циклов k_WL – это понижающий коэффициент, при помощи которого может быть определена не изменяющаяся с течением времени нагрузочная способность предохранительных вставок при любых нагрузочных циклах. Предохранительные вставки имеют различные коэффициенты нагрузочных циклов, обусловленные конструкцией. В характеристиках предохранительных вставок указывается соответствующий коэффициент нагрузочных циклов k_WL для > 10 000 изменений нагрузки (1 час „Вкл", 1 час „Откл") в течение ожидаемого срока службы предохранительных вставок.

При равномерной нагрузке (отсутствуют нагрузочные циклы и отключения) можно принять коэффициент нагрузочных циклов k_WL = 1. При нагрузочных циклах и отключениях, которые длятся более чем 5 мин. и осуществляются чаще чем один раз в неделю, следует выбирать коэффициент нагрузочных циклов k_WL, указанный в характеристиках отдельных предохранительных вставок фирм производителей.

Остаточный коэффициент k_RW.

Предварительная нагрузка предохранительной вставки сокращает продолжительность допустимой перегрузки и времени плавления. При помощи остаточного коэффициента k_RW можно определить время, на протяжении которого предохранительная вставка при периодическом или непериодическом нагрузочном цикле сверх предварительно рассчитанного допустимого тока нагрузки I_Р^/ может работать с любым током перегрузки I_La без потери первоначальных свойств с течением времени.

Остаточный коэффициент k_RW зависит от предварительной нагрузки V= I_eff/I_Р^/ – (отношения эффективного значения тока I_eff, протекающего через предохранитель во время нагрузочного цикла, к допустимому току нагрузки I_Р^/), а также от частоты перегрузок F. Графически указанная зависимость представляется двумя кривыми (рис. 2.11): k_RW1 = f (V), при F = частые ударные токи / токи нагрузочного цикла > 1/ неделю; k_RW2 = f (V), при F = редкие ударные токи / токи нагрузочного цикла < 1/ неделю.

После определения графическим способом коэффициента k_RW1 (k_RW2) можно определить сокращенную продолжительность допустимой нагрузки t_SС по выражению: t_SС = k_RW1 (k_RW2) · t_S.

Уменьшение времени плавления предохранительной вставки t_SУ при предварительной нагрузке определяется по вычисленному значению V при помощи заданной кривой k_R3 = f (V) (рис. 2.11) по выражению: t_SУ = k_R3 · t_S.

Рис. 2.11. Зависимость остаточного коэффициента от коэффициента предварительной нагрузки

Выпрямители переменного тока работают часто не с непрерывной нагрузкой, а переменными нагрузками, которые могут также кратковременно превышать расчетный ток выпрямителя переменного тока.

Для случая переменной нагрузки классифицированы четыре типичных вида нагрузки для не изменяющегося с течением времени режима работы предохранительных вставок:

– непрерывная нагрузка (рис. 2.12);

– неизвестная переменная нагрузка, однако с известным максимальным током (рис. 2.13);

– переменная нагрузка с известным нагрузочным циклом (рис. 2.14);

– случайная ударная нагрузка из предварительной нагрузки с неизвестной последовательностью ударных импульсов (рис. 2.15).

Определение требуемого расчетного тока IР предохранительной вставки для каждого из четырех видов нагрузки осуществляется в два этапа:

1. Определение расчетного тока I_Р на основе эффективного значения I_eff тока нагрузки:

I_Р > I_eff ·(1/ k_u · k_q · k_l· k_i · k), (2.13)

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки блоками тока, которые превышают допустимый рабочий ток предохранителя IР/, с использованием выражения:

k_RW · t_S ³ t_K , (2.14)

где t_K – продолжительность перегрузки.

Если полученная продолжительность перегрузки окажется меньшей, чем соответствующая требуемая продолжительность перегрузки, то следует выбрать предохранительную вставку с более высоким расчетным током I_Р (с учетом расчетного напряжения U_P и допустимого полного джоулевого интеграла) и повторить проверку.

Пример выбора предохранителя

Для вентильной группы выпрямителя в шестипульсной мостовой схеме, чей расчетный постоянный ток составляет I_d = 850 А, необходимо выбрать плавкие вставки для предохранителя в ответвлениях. Выбор предохранителя приведен для указанных выше четырех типичных видов нагрузки.

Параметры вентильной группы выпрямителя:

– напряжение питающей сети

U_N = 3 АС 50 Гц 400 В,

– восстанавливающее напряжение

U_W = 360 В = U_N ·0,9 (при опрокидывании инвертора,

– тиристор Т 508N (фирмы Eupec)

интеграл предельной нагрузки ∫I²dt = 320·103 А2с (10 мс, холодный),

– предохранительные вставки с естественным охлаждением, температура окружающей среды tu = +35°С

– поперечное сечение присоединения для предохранительных вставок, медь: 160 мм²,

– эффективное значение тока ответвления (рабочий ток предохранителя) I_La = I_d ·0,58.

Постоянная, непрерывная нагрузка

Постоянный ток I_d = 850 А

I_eff =I_La = I_d ·0,58 = 493 А

В соответствии с рекомендациями [3] выбрана предохранительная вставка SITOR 3NE3 335 (560 А / 1000 В), k_WL =1

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 360·103 · 0,53 = 191·103 А2с

Контрольное поперечное сечение [3]: 400 мм²

В соответствии с номограммами, приведенными в [3], необходимо применить следующие поправочные коэффициенты:

k_u = 1,02 (tu = +35°С),

k_q = 0,91 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 40% от контрольного поперечного сечения),

k_l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k_i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

Требуемый расчетный ток I_Р предохранителя

I_Р = I_La ·(1/ k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL) = 493 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 531 А

Проверка: 560 А > 531 А

Неизвестная переменная нагрузка с известным максимальным током I_МАКС

I_eff = I_МАКС = 435 А

В соответствии с рекомендациями [3] выбрана предохранительная вставка SITOR 3NE3 334-0В (560 А / 1000 В), k_WL =1

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 260·103 ··0,53 = 138·103 А2с

Контрольное поперечное сечение [3]: 400 мм²

Применяем следующие поправочные коэффициенты:

k_u = 1,02 (tu = +35°С),

k_q = 0,91 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 40% от контрольного поперечного сечения),

k_l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k_i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

Требуемый расчетный ток IР предохранителя

I_Р = ILa ·(1/ k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL) = 435 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 469 А

Проверка: 560 А > 469 А

Переменная нагрузка с известным нагрузочным циклом.

Постоянный ток:

I_d1 = 1200 А, t₁ = 20 с (рис. 2.14),

I_d2 = 500 А, t₂ = 240 с,

I_d3 = 1000 А, t₃ = 10 с,

I_d4 = 0 А, t4 = 60 с.

Ток, протекающий через предохранитель:

I_La1 = 1200 · 0,58 = 696 А (рис. 2.14),

I_La2 = 500 · 0,58 = 290 А,

I_La3 = 1000 · 0,58 = 580 А,

I_La4 = 0 · 0,58 = 0 А.

Эффективное значение рабочего тока

В соответствии с рекомендациями [3] выбрана предохранительная вставка SITOR 3NE3 333 (450 А / 1000 В), k_WL =1

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 175·103 ·0,53 = 93·103 А2с

Контрольное поперечное сечение [3]: 320 мм²

Применяем следующие поправочные коэффициенты:

k_u = 1,02 (tu = +35°С),

k_q = 0,94 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 50% от контрольного поперечного сечения),

k_l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k_i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

1. Требуемый расчетный ток I_Р предохранителя

I_Р = I_eff ·(1/ k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL) = 317 ·(1/1,02·0,94·1,0·1,0·1,0) = 331 А

Проверка: 450 А > 331 А

Допустимый рабочий ток I_Р^/ выбранной предохранительной вставки:

I_Р^/ = k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL · I_Р =1,02·0,94·1,0·1,0·1,0·450 = 431 А

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки блоками тока, которые превышают допустимый рабочий ток предохранителя I_Р^/.

Предварительный коэффициент нагрузки:

V = I_eff / I_Р^/ = 317/431= 0,74

Из кривой k_RW1 = f (V) (рис. 11) определяем величину k_RW1 для V = 0,74, имеем k_RW1 = 0,2

Определяем сокращенную продолжительность допустимой нагрузки t_SС для соответствующего блок тока по выражению:

t_SС = k_RW1 · t_S, (2.15)

где t_S – время плавления вставки для токов I_La1 и I_La3, протекающих через предохранитель (из времятоковой характеристики для3NE3 333) [9].

Имеем: t_S1 = 230 с, t_S3 = 1200 с.

Тогда t_S1С = k_RW1 · t_S1 = 0,2·230 = 46 с,

t_S3С = k_RW1 · t_S3 = 0,2·1200 = 240 с

Проверка: t_S1С = 46 с > t₁ = 20 с

t_S3С = 240 с > t₃ = 10 с

Случайная ударная нагрузка из предварительной нагрузки с неизвестной последовательностью ударных импульсов

I_eff = I_vor, (2.16)

где I_vor – ток предварительной нагрузки (рис. 2.15),

I_Stoss – ток перегрузки,

t_Stoss – продолжительность перегрузки (t_Stoss = 8 с).

Постоянный ток: Ток, протекающий через предохранитель:

I_dvor = 700 А I_vor = I_dvor · 0,58 = 406 А

I_dStoss = 1750 А I_Stoss = I_dStoss · 0,58 = 1015 А

Периодичность и продолжительность ударных импульсов нагрузки должна удовлетворять следующим условиям – t_pausa ³ 3· t_Stoss и t_pausa ³ 5 мин.

В соответствии с рекомендациями [3] выбрана предохранительная вставка SITOR 3NE3 333 (560 А / 1000 В), k_WL =1

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 360·103 ·0,53 = 191·103 А2с

Контрольное поперечное сечение [3]: 400 мм²

Применяем следующие поправочные коэффициенты:

k_u = 1,02 (t_u = +35°С),

k_q = 0,91 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 40% от контрольного поперечного сечения),

k_l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k_i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

1. Требуемый расчетный ток I_Р предохранителя

I_Р = I_vor ·(1/ k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL) = 406 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 437 А

Проверка: 450 А > 437 А

Допустимый рабочий ток I_Р^/ выбранной предохранительной вставки:

I_Р^/ = k_u · k_q · k_l· k_i · k_WL · I_Р =1,02·0,91·1,0·1,0·1,0·560 = 520 А

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки пиковым током I_Stoss.

Предварительный коэффициент нагрузки:

V = I_vor /I_Р^/ = 406/520= 0,78

Из кривой k_RW1 = f (V) (рис. 2.11) определяем величину k_RW1 для V = 0,78, имеем k_RW1 = 0,18

Определяем сокращенную продолжительность допустимой нагрузки t_SС для ударного тока по выражению:

t_SС = k_RW1 · t_S, (2.17)

где t_S – время плавления вставки для ударного тока I_Stoss = 1015 А, протекающих через предохранитель (из времятоковой характеристики для3NE3 333) [9].

Имеем: t_S = 110 с.

Тогда t_SС = k_RW1 · tS = 0,18·110 = 19,8 с

Проверка: t_SС = 19,8 с > t_Stoss = 8 с

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Основные типы предохранителей, применяемые для защиты электроустановок и электрических цепей.

3. Расчёт и выбор предохранителя по индивидуальному заданию.

4. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. По каким конструктивным признакам различаются плавкие предохранители?

2. Дайте расшифровку обозначения плавких предохранителей.

3. Опишите конструкцию предохранителя ПР-2.

4. Опишите конструкцию предохранителя НПР.

5. Опишите конструкцию предохранителя ПНБ.

6. В чем отличие предохранителей ПН от ПНБ-7?

7. Область применения предохранителей ПП57 и ПП60С.

8. Область применения предохранителей ППНИ.

9. В чем отличие предохранителей ППНИ от ПН-2?

10. Как рассчитывают ток плавкой вставки для различной нагрузки?

11. Что такое селективность защиты?

12. Что такое времятоковая характеристика предохранителя?

13. Какие преимущества у предохранителей типа ППНИ перед другими типами предохранителей?

14. Как обеспечить селективность последовательно включенных плавких вставок?

15. Как проверяется соприкосновение контактов ножей предохранителя с губками стоек?

Библиографический список

1. Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. Новосибирск: Норматика, 2013. – 464 с., ил.

2. Монтаж электрооборудования и средств автоматизации: учебник для ВУЗов / И.Р. Владыкин, А.П. Коломиец, Н.П. Кондратьева, С.И. Юран. – М.: Изд-во ''КолосС'', 2007.

3. Сибикин Ю.Д. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок: Учеб. пособие для проф. учеб. заведений / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. – М.: Высш. шк., 2003.

4. Акимова Н.А. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования: учеб. пособие / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин; под ред. Н.Ф. Котеленца. – 3-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2005

5. Костенко Е.М. Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного и бытового электрооборудования: практ. пособие для электромонтера / Е.М. Костенко. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005.

6. EKF electrotechnica [Официальный сайт] Url: http://ekfgroup.com/produktsiya (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

7. КЭАЗ – Курский электроаппаратный завод [Официальный сайт] Url: http://keaz.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

8. IEK – Интер электро комплект [Официальный сайт] Url: http://www.iek.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

9. Siemens – Электротехническая продукция [Официальный сайт] Url: http://electrosiemens.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).