3.1 Расчетные формулы

Согласно ПУЭ, сети разделяют на защищаемые от перегрузки и токов короткого замыкания и защищаемые только от токов короткого замыкания. Защите от перегрузки подлежат сети:

– внутри помещений, проложенные открыто незащищенными изолированными проводниками и с горючей оболочкой;

– внутри помещений, выполненные защищенными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п.;

– осветительные сети общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в пожароопасных производственных помещениях;

– силовые – в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

– сети всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условия технологического процесса или режима работы сети.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.

Основные аппараты защиты сетей напряжением 380...660В – предохранители с плавкими вставками и автоматические воздушные выключатели. От защиты требуется кратчайшее время отключения и обеспечение селективности. Номинальные токи плавких вставок и токи срабатывания расцепителей автоматов должны быть минимально возможными, но не отключать цепь при запуске электродвигателей и при кратковременных перегрузках.

Защитные аппараты устанавливаются в начале каждой ветви сети, т. е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции, силовых пунктах, на каждом ответвлении от линий, на трансформаторных вводах.

Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку 2, калиброванную на определенную силу тока и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают силу тока на 30...50% выше номинальной в течение 1 ч и более. При силе тока, превышающей силу номинального тока плавких вставок на 60... 100%, они плавятся за время меньше 1 ч.

Рисунок 3 Схема (а) и амперсекундная характеристика (б) предохранителя

серии ПР:

1 – фибровая трубка; 2 – плавкая вставка; 3 – латунная втулка; 4 – болтовой контакт; 5 – латунный колпачок; 6 – медный контактный нож.

Предохранитель и плавкую вставку характеризуют следующие параметры:

– номинальное напряжение — напряжение, при котором предохранитель работает длительное время;

– сила номинального тока патрона, на который рассчитаны его токоведущие и контактные соединения по условию длительного нагрева;

– сила номинального тока плавкой вставки – сила тока, которую она выдерживает расплавляясь длительное время;

– разрывная способность, определяемая силой максимального отключаемого тока, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени и без разрушения патрона;

– времятоковая или защитная характеристика — зависимость времени полного отключения цепи от силы отключаемого тока (см. рис. 3., б).

Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки , при этом должны быть выполнены следующие условия:

– сила номинального тока плавкой вставки должна быть не меньше силы максимального тока данной цепи в рабочем режиме :

,

что предотвращает перегорание предохранителя при нормальном режиме работы;

– плавкая вставка не должна перегорать во время пуска самого крупного электродвигателя, подключенного к данной цепи:

,

где сила пускового тока наибольшего из двигателей плюс сила максимального расчетного тока цепи;

коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки, для двигателей пускаемых без нагрузки, для двигателей, пускаемых при наличии нагрузки на валу, и для сварочных постов;

– сила номинального тока плавкой вставки должна быть не больше трехкратного значения силы длительно допускаемого (номинального) тока проводов защищаемой линии:

.

Чтобы выполнить последнее условие, иногда приходится повышать площадь сечения проводов линии.

При защите магистрали

,

где сила кратковременного максимального тока линии,

,

где сила расчетного тока линии группы двигателей без учета электродвигателя с наибольшим пусковым током.

Плавкая вставка подбирается по большей силе тока, рассчитанной по двум первым условиям. При этом выбирается ближайшее большее стандартное значение силы номинального тока вставки.

Автоматические выключатели применяют для защиты элементов сети от токов короткого замыкания и в качестве оперативных коммутационных аппаратов. Управление автоматами может быть ручным и дистанционным.

Автоматы характеризуются следующими показателями:

– номинальное напряжение – максимальное напряжение постоянного и переменного тока для нормальной работы автомата;

– сила номинального тока автомата – сила максимального длительного тока главных контактов автомата;

– сила тока срабатывания автомата сила наименьшего тока, при котором автомат отключает электрическую цепь;

– сила предельного тока отключения сила наибольшего тока, который можно отключить автоматом;

– сила номинального тока расцепителя сила максимального длительного тока, при котором расцепитель не срабатывает;

– сила тока уставки расцепителя сила наименьшего тока срабатывания расцепителя, на который он настраивается;

– уставка силы тока мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя, называемая отсечкой.

Рисунок 4 Автоматический выключатель:

1 – основание; 2 – крышка; 3 – шина; 4 – неподвижный контакт; 5,6 – подвижный контакт; 7,16,19 – механизм свободного расцепителя; 8 – ось; 9 – гибкий проводник; 10 – шинка расцепителя; 11 – якорь электромагнита; 12 – сердечник электромагнита; 13 – термобиметаллический элемент; 14 – собачка расцепителя; 15 – пружина; 17 – отключающая пружина ; 18 – рукоятка; 20 – дугогасительная решетка.

При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия:

– сила номинального тока автомата и сила тока расцепителя должны быть больше расчетного

; ;

– уставка силы тока мгновенного срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя принимается по пиковому току линии :

Для ответвления к одиночному электродвигателю

,

где ток уставки комбинированного расцепителя;

пусковой ток электродвигателя.

Для тепловых расцепителей с регулируемой, обратно зависимой от силы тока характеристикой должно соблюдаться условие

,

где уставка тока теплового расцепиеля.

Весьма важно при выборе предохранителей и автоматов обеспечить селективность (т. е. избирательность), которая заключается в последовательном отключении участков сети с определенными интервалами во времени в направлении от места повреждения к источнику питания. Избирательность срабатывания селективных автоматов достигается изменением времени их срабатывания.