62. Защита предохранителями
Основные характеристики предохранителей, проверка их селективности и чувствительности.
Для расчета защиты сетей и оборудования, выполненной с помощью плавких предохранителей, необходимы следующие данные:
– номинальное напряжение предохранителя;
– максимальный ток КЗ, отключаемый предохранителем;
– номинальный ток предохранителя;
– номинальный ток плавкой вставки предохранителя;
– защитная характеристика предохранителя.
Большинство этих данных указывается в информационных материалах заводов-изготовителей, часть их нормирована ГОСТ.
Основными данными для определения времени сгорания вставки, а следовательно, и селективности последовательно включенных предохранителей являются их защитные характеристики.
Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость полного времени отключения (суммы времени плавления вставки и времени горения дуги) от величины отключаемого тока.
Защитная характеристика может задаваться заводами в двух видах: как полное время отключения, равное сумме значений времени плавления вставки и горения дуги, или же отдельно – время плавления вставки и отдельно – время горения дуги. Но на практике обычно используются защитные характеристики в виде полного времени отключения, что допустимо, т. к. разбросы в значениях времени плавления и отключения так велики, что перекрывают неточности расчетов.
Для проверки селективности вставок предохранителей на напряжение ниже 1000 В можно пользоваться следующими уравнениями:
где tм и tб – время отключения тока КЗ вставкой с меньшим и большим номинальными токами при токе трехфазного КЗ в месте установки вставки с меньшим номинальным током.
Выражение (13.1) применяется при разбросе в 50 %, а выражение (13.2) – при разбросе 25 %.
Защита предохранителями сетей до 1000 В от перегрузки
сети напряжением до 1000 В, требующие, кроме защиты от КЗ, защиты от перегрузки. К ним относятся:
– все сети, выполненные проложенными открыто, не защищенными изолированными проводами с горючей оболочкой внутри любых помещений;
– все осветительные сети независимо от конструкции и способа прокладки проводов или кабелей в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, в служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, в пожароопасных производственных помещениях, все сети для питания бытовых и переносных электроприборов;
– все силовые сети в промышленных предприятиях, в жилых, и общественных помещениях, если по условиям технологического процесса может возникнуть длительная перегрузка проводов и кабелей;
– все сети всех видов во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных (вне зданий) установках независимо от режима работы и назначения сети.
Номинальный ток плавкой вставки должен выбираться минимально возможным по условию надежного пропускания максимального тока нагрузки. Практически при постоянной, без толчков, нагрузке номинальный ток вставки Iвс принимается примерно равным максимальному длительному току нагрузки Imax н:
По номинальному току вставки определяется допустимый ток длительной нагрузки Iн.дл для проводника, защищаемого выбранной вставкой
где Кн – коэффициент, который учитывает конструкцию защищаемых вставкой проводников, равный 1,25 [1] для проводников с резиновой и подобной горючей изоляцией, прокладываемых во всех помещениях, кроме невзрывоопасных производственных. Для любых проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях, и кабелей с бумажной изоляцией в любых помещениях Кн =1; Кп – поправочный коэффициент; Iн.дл – длительно допустимый ток нагрузки на проводники, проложенные в нормальных условиях.
Если нагрузка имеет характер толчков (например, электродвигатель крана) и продолжительность нагрузки меньше 10 мин, то вводится поправочный коэффициент Кп1. Этот коэффициент вводится для медных проводников сечением не менее 6 мм2 и алюминиевых не менее 10 мм2. Величина его вычисляется по выражению:
где ПВ – выраженная в относительных единицах продолжительность включения, равная отношению времен: включения приемника, например, электродвигателя к полному времени цикла повторно кратковременного режима. Коэффициент Кп1 вводится, если продолжительность включения не более 4 мин, а перерыв между включениями не менее 6 мин. В противном случае величина тока нагрузки принимается как для длительного режима.
При прокладке в одной траншее более одного кабеля вводится поправочный коэффициент Кп2, определяемый также по таблицам [1].
Если температура окружающей среды отличается о нормальной, вводится поправочный коэффициент Кп3, определяемый по таблицам [1].
За нормальные условия приняты: температура окружающего воздуха +25 °С при прокладке проводников в воздухе; температура воды или земли +15 °С при прокладке проводников (кабелей) в земле или воде.
При расчетах на нагрев за максимальную нагрузку принимается наибольшая из средних получасовых нагрузок данного элемента сети.
На основании анализа расчетов и эксплуатации защиты предохранителями сетей до 1000 В от перегрузки можно сделать следующие выводы:
1. Так как шкалы номинальных токов вставок предохранителей разных типов не совпадают, то минимальное допустимое сечение жил проводов и кабелей в некоторых случаях может зависеть от типа защищающих их предохранителей.
2. Минимальное сечение зависит от конструкции и способа прокладки проводов. Например, для нагрузки в 33 А, передаваемой по кабелю с горючей изоляцией, проложенному в воздухе, необходимо сечение не менее 10 мм2. Если ту же нагрузку передавать по кабелю с бумажной изоляцией, проложенному в земле, то необходимо сечение всего 4 мм2.
Защита предохранителями асинхронных электродвигателей.
Основным условием, определяющим выбор предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.
Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск двигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.
Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.
Все двигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска.
Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.
К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с. К двигателям с тяжелым пуском также относятся двигатели, которые пускаются очень часто – более 15 раз в 1 ч. К этой категории относят двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.
Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению:
где Iп.д – пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или непосредственным измерением; K – коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.
Для предотвращения перегорания вставок при пуске, что может повлечь за собой работу двигателя на двух фазах и его повреждение, целесообразно во всех случаях, когда это допустимо по чувствительности к токам КЗ, выбирать вставки более грубыми, чем по условию (13.5).
Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи каждого двигателя.
Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению (13.5), будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя и, выдерживая этот ток неограниченное время, не может защитить двигатель от перегрузки.
Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.
Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также условие предотвращения повреждения контактов пускателя.
Основными достоинствами плавких предохранителей являются простота их конструкции, малая стоимость и возможность обслуживания персоналом невысокой квалификации. При тщательном расчете можно получить удовлетворительную защиту участков сетей и электрооборудования от перегрузки и КЗ в простейших случаях при невысоких требованиях к селективности.
Существующие конструкции предохранителей имеют серьезные недостатки, ограничивающие область их применения. Основные недостатки следующие:
1. Однократность действия – после срабатывания предохранителя необходимо заменить вставку.
2. В условиях эксплуатации часто вместо калиброванных вставок устанавливают случайно оказавшиеся под рукой вставки на другие токи и просто куски проволоки, при этом нарушаются все требования к защите.
3. Форма защитных характеристик вставок неудачна, особенно для защиты трансформаторов. Характеристики имеют большие разбросы. Во многих случаях невозможно обеспечить необходимые селективность и чувствительность.