Выбор и расчет защит электрических сетей и электроприемников на напряжение до 1 кВ

Основными видами защит электрических сетей и электроприемников напряжением до 1 кВ являются защиты от перегрузки и токов короткого замыкания (КЗ). Защита от токов КЗ должна осуществляться для всех электрических сетей и электроприемников.В качестве аппаратов защиты применяются автоматические выключатели и предохранители.Для защиты электродвигателей от перегрузки и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз, применяются также тепловые реле магнитных пускателей.Выбор аппаратов защиты (предохранителей, автоматов) выполняется с учетом следующих основных требований:

	Номинальный ток и напряжение аппарата защиты должны соответствовать расчетному длительному току и напряжению электрической цепи.
	Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей необходимо выбирать по возможности меньшими по длительным расчетным токам с округлением до ближайшего большего стандартного значения.
3.	Аппараты защиты не должны отключать установку при кратковременных перегрузках, возникающих в условиях нормальной работы, например, при пусках электродвигателей.
4.	Время действия аппаратов защит должно быть по возможности меньшим и должна быть обеспечена селективность (избирательность) действия защиты при последовательном расположении аппаратов защит в электрической цепи.
5.	Ток защитного аппарата (номинальный ток плавкой вставки, номинальный ток или ток срабатывания расцепителя автомата) должен быть согласован с допустимым током защищаемого проводника.
6.	Аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение в конце защищаемого участка двух- и трехфазных КЗ при всех видах режима работы нейтрали сетей, а также однофазных КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Надежное отключение токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ обеспечивается в том случае, если отношение наименьшего однофазного расчетного тока КЗ ( ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя (I_н.вст) или расцепителя автоматического выключателя (I_н.р), имеющего обратнозависимую от тока характеристику будет не менее 3, а во взрывоопасных зонах соответственно:

(1.24)

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (отсечку), для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно уставки тока мгновенного срабатывания (I_ер.р) должна быть не менее 1,4, а для автоматов с номинальным током более 100 А - не менее 1,25.Однако, в сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки), за исключением протяженных сетей, допускается не выполнять расчетной проверки кратности токов КЗ к токам защитных аппаратов, если обеспечено согласование защитного аппарата с допустимым током защищаемого проводника.

Выбор плавких вставок предохранителейНоминальный ток плавкой вставки предохранителя определяется по величине длительного расчетного тока (I_р):

I_н.вст ³ I_р, (1.25)

и по условию перегрузок пиковыми токами

I_н.вст ³ I_п /a, (1.26)

где I_n- пиковый (максимальный кратковременный) ток; a- коэффициент кратковременной тепловой перегрузки; a =2,5 - для легких пусков с длительностью пуска до 5 с, а также при редких пусках (насосы, вентиляторы, станки и т.п.) и при защите магистрали; a =2 - для тяжелых условий пуска, а также при частых (более 15 раз в час) пусках (краны, дробилки, центрифуги и т.п.); a =1,6 - для ответственных электроприемников.При выборе предохранителя для одиночного электроприемника в качестве I_р принимается его номинальный ток i_н, а в качестве I_n- пусковой ток i_пуск. Для линий, питающих группу электроприемников, максимальный пиковый ток определяется:

где - пусковой ток электроприемника или группы одновременно включаемых электроприемников, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшей величины; - длительный расчетный ток, определяемый без учета рабочего тока пускаемых электроприемников.При отсутствии данных о количестве одновременно пускаемых электроприемников пиковый ток линии может быть определен по формуле:

I_п = i_п.max +(I_p – k_иi_нп), (1.28)

где i_n.max – наибольший пусковой ток электроприемника группы; I_p- расчетный по нагреву ток группы электроприемников; i_нп – номинальный ток электроприемника с наибольшим пусковым током; k_и – коэффициент использования электроприемника с наибольшим пусковым током.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, защищающего ответвление к сварочному аппарату, выбирается из соотношения:

(1.29)

где i_нс - номинальный ток сварочного аппарата при паспортной продолжительности включения (ПВ).Выбранные плавкие вставки должны обеспечивать также селективность (избирательность) срабатывания. Это значит, что при КЗ на каком-либо участке сети должна перегореть плавкая вставка предохранителя только этого поврежденного участка. В общем случае защита считается селективной, когда характеристики срабатывания аппаратов защиты последовательно расположенных в цепи с учетом зон разброса характеристик не пересекаются.Учитывая, что разница во времени срабатывания плавких вставок с ростом тока КЗ и в области больших токов КЗ уменьшается, а также тот фактор, что с многократным повторением циклов нагрева время срабатывания предохранителя высшей ступени может уменьшаться, для обеспечения селективности срабатывания каждый предохранитель на схеме сети по мере приближения к ИП должен иметь плавкую вставку не менее чем на две ступени выше, чем предыдущий.

Выбор расцепителей автоматических выключателейНоминальные токи расцепителей выбирают по длительному расчетному току линии: I_н.р ³ I_р. (1.30)Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя (I_ср.э) проверяется по пиковому току линии I_кр:

I_ср.э ³ K_н I_кр, (1.31)

где K_н - коэффициент надежности отстройки отсечки от пикового тока, учитывающий: наличие апериодической составляющей в пиковом токе; возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки; некоторый запас по току. Значения K_нпринимаются в зависимости от типа автомата. При отсутствии таких данных можно принять: K_н= 1,25 ... 1,5.

Селективность срабатывания последовательно включенных автоматических выключателей обеспечивается в тех случаях, когда их защитные характеристики не пересекаются. При отсутствии защитных характеристик каждый автомат на схеме сети по мере приближения к ИП должен иметь номинальный ток расцепителя не менее, чем на ступень выше, чем предыдущий.

Выбор тепловых реле магнитных пускателейНоминальные токи тепловых реле I_н выбирают по длительному расчетному току: I_н.т ³ I_р. (1.32)При протекании тока КЗ в цепи защита (автоматический выключатель или предохранитель) - магнитный пускатель начинают одновременно действовать защита и отключаться пускатель вследствие исчезновения напряжения на втягивающей катушке. Во избежание приваривания контактов пускателя раньше должна срабатывать защита. Такое селективное отключение обеспечивается большинством выключателей (А3100, А3700, ВА, АЕ и др.), имеющих малое время отключения. При использовании предохранителей в качестве защитных аппаратов, селективность между ними и магнитным пускателем обеспечивается, если продолжительность перегорания плавкой вставки не превышает 0,15 с. Номинальный ток 200 А плавкой вставки является предельным по условиям селективности работы контактора и предохранителей. При большем токе вместо предохранителей рекомендуется устанавливать автоматический выключатель.