Выбор плавких предохранителей для радиоэлектронной аппаратуры с занулением корпусов

В радиоэлектронной аппаратуре широко распространён простейший способ защиты от коротких замыканий с помощью плавких предохрани­телей, по сути выполняющих роль первой ступени в многоуровневой сис­теме защиты в электрической сети с заземленной нейтралью. Очевидно, при правильном выборе номинала предохранителя замыкание фазы на корпус аппаратуры должно обеспечивать его эффективное перегорание, не оказывая при этом влияния на состояние элементов защиты более вы­соких уровней.

Параметры плавких предохранителей или АОУ других типов, встраиваемых в радиоэлектронную аппаратуру, как правило, удовлетво­ряют условию надёжного отключения (7). При этом заметим, что необхо­димость проверки выполнения условия (7) остаётся обязательным элемен­том расчёта системы с заземлённым нулевым проводом.

Отмеченное вовсе не означает, что использование плавких предо­хранителей полностью решает проблему обеспечения безопасности при замыкании фазы на корпус. Человек, касающийся одного из занулённых корпусов радиоэлектронной аппаратуры, в одном из которых произошло замыкание фазы на корпус, в течение интервала времени выгорания пре­дохранителя будет подвергаться действию напряжения прикосновения. Следовательно, для обеспечения достаточных условий безопасности, кроме выполнения условия (10), необходимо, чтобы в течение интервала времени выгорания предохранителя напряжение прикосновения не пре­вышало нормативных величин, указанных в табл. 8.

Время выгорания предохранителей является нелинейной функцией кратности тока короткого замыкания относительно номинального тока предохранителя (k_I) и с увеличением кратности тока уменьшается. В табл. 12 и 13 приведены ампер-секундные характеристики некоторых типов плавких предохранителей.

Т а б л и ц а 12

Ампер-секундные характеристики плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3

Номи­нальный ток, А	Время выгорания предохранителя, с
kI = 2,1	kI = 2,75	kI = 4,0	kI = 5,0	kI= 10
max	min	max	min	max	min	max	min
0,25	0,92	0,05	0,05	0,02	0,03	0,015	0,02	0,008
0,5	0,85	0,07	0,10	0,03	0,05	0,02	0,03	0,014
1,0	1,08	0,09	0,11	0,03	0,06	0,025	0,035	0,017
2,0	1,00	0,10	0,12	0,04	0,08	0,03	0,04	0,018
3,15	2,20	0,17	0,22	0,07	0,08	0,04	0,05	0,019
4,0	2,20	0,21	0,23	0,07	0,08	0,04	0,05	0,022
5,0	2,20	0,24	0,29	0,08	0,09	0,04	0,06	0,028

При использовании плавких предохранителей в радиоэлектронной аппаратуре с относительно небольшим токопотреблением (до нескольких ампер) в общем случае можно учитывать их активное сопротивление при расчёте напряжения прикосновения путём его включения в состав вели­чины R_доп (рис. 11). Увеличение активной составляющей полного сопро­тивления цепи фазного провода приводит к снижению уровня напряжения прикосновения. В табл. 12 приведены значения активных сопротивлений плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3 для некоторых значений их но­минальных токов (I_{пр nom}).

Т а б л и ц а 13

Ампер-секундные характеристики плавких предохранителей ВП3Б

Номи-нальный ток, А	Время выгорания предохранителя, с
kI=2,1	kI = 2,75	kI = 4,0	kI = 5,0	kI= 10
max	min	max	min	max	max	min	max
1,0	1,20	0,14	0,16	0,06	0,09	0,041	0,06	0,023
2,5	0,77	0,24	0,27	0,07	0,08	0,06	0,07	0,025
4,0	3,00	0,25	0,30	0,09	0,15	0,06	0,08	0,030
5,0	4,30	0,33	0,43	0,16	0,18	0,08	0,10	0,040
8,0	4,50	0,41	0,43	0,13	0,25	0,10	0,14	0,032
10,0	4,60	0,42	0,51	0,18	0,21	0,12	0,14	0,034

При расчёте безопасности электроустановок большой мощности с током потребления в несколько десятков ампер вместо плавких предохра­нителей целесообразно использовать автоматические отключающие уст­ройства. Время отключения автоматических выключателей теплового действия составляет 0,2 – 0,5 с. Время полного отключения электромаг­нитных выключателей обычно меньше 0,1 с [5].

Т а б л и ц а 14

Активные сопротивления плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3

Iпр nom , А	0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
Rпр, Ом	1,2	0,4	0,3	0,06	0,04	0,03	0,025

3.4. Порядок расчёта зануления

При написании раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах при рассмотрении вопросов, связанных с обеспече­нием безопасности проектируемого радиоэлектронного оборудования, возможны две типичные ситуации:

· проектируемая аппаратура питается от электрической сети непосредст­венно или посредством других устройств, также разрабатываемых в дипломном проекте;

· проектируемая аппаратура питается от электрической сети посредст­вом устройств-посредников, не разрабатываемых в дипломном про­екте.

Примером таких устройств-посредников может служить, в частно­сти, преобразователь входного переменного напряжения сети 220 В в вы­ходное напряжение постоянного тока.

Необходимо иметь в виду, что в аварийных ситуациях прикоснове­ние к корпусам преобразователя, работающего от сети с фазным напря­жением 220 В, и устройства, питающегося, например, напряжением 5 В с выхода преобразователя, одинаково опасно.

При написании раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах может быть рекомендован приведённый ниже ори­ентировочный порядок проведения расчётов, связанных с обеспечением безопасности проектируемой радиоэлектронной аппаратуры.

1. Определяется токопотребление производственным (или бытовым) зданием, в котором предполагается размещение проектируемой аппара­туры. При отсутствии конкретных данных можно принять величину по­требляемого фазного тока в пределах 100 – 200 А или согласовать этот во­прос с преподавателем.

2. Определить фактические или предполагаемые параметры системы электроснабжения производственного (бытового) здания с учётом разме­щения проектируемого оборудования:

· в соответствии с рис. 2 длину подвода магистрали силового кабеля от подстанции до точки его ввода в здание;

· с учётом номера и высоты этажа, на котором предполагается разме­щение проектируемой аппаратуры, длину силовых шин вертикального ствола от точки ввода в здание до точки этажного ответвления (этажного распределительного щита);

· длину кабеля этажной разводки от этажного распределительного щита до лабораторного распределительного щита.

При отсутствии конкретных данных необходимые данные следует согласовать с преподавателем-консультантом.

3. По величине потребляемого по каждой фазе тока определяют тре­буемый уровень мощности трансформатора электрической подстанции: P_Т = 3U_{ф max}I_{ф max} , где U_{ф max} и I_{ф max} – максимальные значения напряже­ния фазы и потребляемого зданием по каждой фазе тока. Максимальное значение напряжения фазы принимается стандартным: U_{ф max}I_ф = 1,1 U_{ф nom} (U_{ф nom} = = 220 В). По найденной величине и табл. 10 определяют мощ­ность типового трансформатора с соответствующим значением Z_Т.

4. В соответствии с токопотреблением на каждом участке электриче­ской сети определяют требуемое сечение жил кабеля.

5. По формулам (11) – (14) определяют активные сопротивления и индуктивности фазного и нулевого проводов для различных участков электрической сети.

6. По формуле (10) рассчитывают ток короткого замыкания I_кз .

7. По данным расчётов в основных разделах проекта или в резуль­тате дополнительных расчётов определяют величину потребляемого по каждой фазе тока и с некоторым запасом (до ближайшего номинала) под­бирают плавкий предохранитель или автоматический выключатель с тре­буемым током срабатывания. Для сравнительно маломощной аппаратуры с потребляемым током до нескольких ампер условие (9), как правило, вы­полняется. В этом случае значение коэффициента k_I оказывается доста­точно большим, поэтому можно считать обоснованным использование плавких предохранителей в качестве АОУ. Если значение коэффициента k_I < 3, что может случиться при защите сильноточной аппаратуры, то в этом случае целесообразно перейти к ис­пользованию автоматических отключающих устройств.

8. Вычисляют значение коэффициента кратности тока выгорания предохранителя: k_I = I_кз/I_ФЭУ, где I_ФЭУ – потребляемый проектируемой электроустановкой ток по каждой фазе в нормальном режиме.

9. Используя результаты расчётов, выполненных согласно п. 5, по формуле (5) вычисляют величину напряжения прикосновения, возникаю­щего при замыкании фазы на корпус.

10. По таблицам 8, 12 и 13 проверяют по критерию безопасности полу­ченный уровень напряжения прикосновения с учётом времени выгорания предохранителя, зависящего от полученного значения коэффициента k_I. При необходимости корректируют выбор типа и номинала предохрани­теля. В затруднительных ситуациях при расчётах следует учитывать ак­тивное сопротивление предохранителей (табл. 14). Аналогичным образом может быть проведена коррекция выбора автоматического выключателя.

11. В соответствии с материалами п. 3.2.3 оценивают опасность пора­жения электрическим током в случае прикосновения к занулённому кор­пусу электроустановки при замыкании фазы на землю и при необходимо­сти определяют меры обеспечения безопасности.

12. Конструктивная разработка проектируемой аппаратуры должна предусматривать встроенное размещение элементов установки плавкого предохранителя выбранного типа и номинала или установку автоматиче­ского отключающего устройства надлежащего типа.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ Р 50571 (МЭК-364) . Электроустановки зданий ч.4. – М.: Гос­стандарт России, 1994 – 2000.

2. ГОСТ 12.1.030-81*. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземле­ние, зануление.

3. ГОСТ 12.1.038-82*. ССБТ. Электробезопасность. Предельно допусти­мые уровни напряжения прикосновения и токов.

4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е изд. – М.: НЦ ЭНАС, 2003. – 260 с.

5. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 486 с.

6. Маньков В. Д., Заграничный С. Ф. Защитное заземление и защитное зануление электроустановок: справочник. – СПб. : Политехника, 2005. – 400 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 1

1.1. Системы электрических сетей. 1

1.2. Общие требования к защитному заземлению и защитному занулению 4

1.3. Требования к устройству и применению заземлителей, заземляющих и защитных проводников 6

1.4. Конструктивное исполнение искусственных заземляющих устройств 7

2. УПРОЩЁННЫЙ РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ. 8

3. ЗАЩИТНОЕ ЗАНУЛЕНИЕ. 13

3.1. Зануление как средство обеспечения электробезопасности 13

3.2. Оценка опасности поражения в электрической сети

с защитным занулением.. 17

3.3. Расчёт зануления. 23

3.4. Порядок расчёта зануления. 30