Лекція 14

4.5.Захист в системах електропостачання житлових і громадських будівель

4.5.1. Загальні положення

Коротке замикання (КЗ) відноситься до аварійних режимів і буває одно,дво - і трифазним . Найважчим є трифазне КЗ, але воно виникає значно рідше, ніж однофазне або двофазне КЗ. Причинами КЗ є:

- Пробою ізоляції;

- Перекриття ізоляції;

- Неправильна збірка схеми;

- Помилки обслуговуючого персоналу.

Струми КЗ, які у багато разів перевищують номінальні струми приєднань електроприймачів і допустимі струми провідників, мають динамічну і термічну дію на струмопровідні частини, викликаючи вихід їх з ладу. Тому КЗ треба локалізувати і швидко відключити пошкоджену ділянку мережі .

Якщо КЗ є аварійним режимом, то перевантаження відносяться до ненормальних режимів, так як супроводжуються проходженням по електроустаткуванню і струмоведучих провідниках підвищених струмів, викликаючи прискорене старіння ізоляції, що може призвести до КЗ.

В якості апаратів захисту електромереж та електроустановок житлових і громадських будівель застосовують автоматичні вимикачі та запобіжники.Допускається при необхідності використання реле непрямої дії з метою забезпечення вимог чутливості, швидкодії або вибірковості (селективності).Якщо використовується захист за допомогою реле непрямої дії, то залежно від режиму роботи та умов експлуатації електроустановки релейний захист виконують з дією на сигнал або на відключення [20].

З метою здешевлення електроустановок замість автоматичних вимикачів і релейного захисту застосовують плавкі запобіжники.

4.5.2. Види і схеми захисту

Електричні мережі житлових і громадських будинків повинні мати захист від струмів КЗ, що забезпечує найменший час відключення і вимоги вибірковості дії. Захист повинний відключати пошкоджену ділянку при КЗ в кінці захищеної лінії:

-одно-, двох -, трифазних - у мережах з глухозаземленоюнейтраллю;

-двох - і трифазних - у мережах з ізольованою нейтраллю.

Апарати захисту вибирають і розміщують таким чином, щоб їх спрацьовування відбувалося з витримкою часу, що збільшується в міру їхнього видалення в бік джерела живлення. Цим забезпечується вибірковість дії захисту, яка не завжди може бути досягнута в мережах напругою до 1 кВ при застосуванні автоматичних вимикачів і запобіжників. Останнє пояснюється розкидом характеристик апаратів захисту, особливо запобіжників

Достоїнствами плавких запобіжників є простота пристрою, відносно мала вартість, швидке відключення кола при КЗ (менше одного періоду), здатність запобіжників типу ПК обмежувати струм в колі при КЗ.

До недоліків плавких запобіжників належать такі: запобіжники спрацьовують при струмі, що значно перевищує номінальний струм плавкої вставки, і тому вибірковість відключення не забезпечує безпеку окремих ділянок мережі; відключення мережі плавкими запобіжниками пов'язано зазвичай з перевантаження; можливе однофазне відключення і подальша ненормальна робота установок; одноразовість спрацьовування запобіжника і, як наслідок, значний час на заміну запобіжника [18].

Найбільш поширеними запобіжниками, застосовуваними для захисту уставок напругою до 1 кВ, є:

ПР - запобіжник розбірний;

НПН - запобіжник насипний нерозбірний;

ПП - запобіжник плавкий розбірний.

Шкала номінальних струмів запобіжників від 15 до 1000 А.

Автоматичні вимикачі є більш досконалими апаратами захисту в порівнянні з запобіжниками.

Автоматичні повітряні вимикачі можуть забезпечуватися наступними вбудованими в них розщіплювачами[20]:

- електромагнітним або електронним максимального струму миттєвого або уповільненої дії, який практично не залежить від струму швидкістю спрацьовування (захист від струмів КЗ);

- електротермічним або тепловим (зазвичай біметалічним) або електронним інерційним максимального струму з витримкою часу (захист від струмів перевантаження);

- мінімальної напруги.

Тепловий розщіплювач автоматичного вимикача не захищає живлячу лінію або асинхронний двигун від струмів КЗ, так як тепловий розщіплювач, володіючи великою тепловою інерцією, не встигає нагрітися за малий час існування КЗ.

Залежно від наявності механізмів, що регулюють час спрацювуваннярозщіплювачів, автоматичні вимикачі поділяють на неселектині з часом спрацьовування від 0,02 до 0,1 с; селективні з регульованою витримкою часу; струмообмежуючі з часом спрацьовування не більше 0,005 с.

Розщіплювачі максимального струму встановлюють у всіх фазах, всі інші - по одному на вимикач. В одному вимикачі зазвичай застосовують струмові розщіплювачі і розщіплювач мінімальної напруги, Вибір номінального струму або уставки розщіплювачів максимального струму аналогічний вибору номінального струму плавких вставок запобіжників

Основні переваги автоматичних вимикачів полягають в наступному [19]:

- Відключають всі три фази при струмах КЗ або перевантаженнях, тим самим виключається робота електроустановок в неповнофазних режимах;

- Готові до роботи після спрацьовування;

- Мають більш точні часострумові характеристики;

- Суміщають функції захисту і комутації.

Для житлових і громадських будівель основною характеристикою захисту є швидкість дії.

Електричні мережі всередині будинків, виконані відкрито прокладеними провідниками з горючою зовнішньою оболонкою або ізоляцією, захищають від перевантаження. Крім того, від перевантаження захищають мережі всередині будинків, а саме:

- Освітлювальні мережі житлових і громадських будівель, торгових приміщень, включаючи мережі для побутових переносних електроприймачів (прасок, чайників, кімнатних холодильників, пральних машин тощо);

- Силові мережі житлових і громадських будівель, торгових приміщень тільки у випадках, коли по режиму роботи мережі може виникати тривале перевантаження провідників [20].

Зазвичай в житлових і громадських будівлях в силових мережах таких режимів практично не існує, тому вони захищаються тільки від КЗ. Виняток становлять електричні мережі ліфтів, протипожежних пристроїв тощо, що належать до I-ої категорії по надійності споживання, при встановленні пристроїв АВР (наприклад, на ВРП). Такі мережі захищають і від перевантаження.

В електричних мережах, захищаються від перевантаження, провідники вибирають по розрахунковому струму. У цьому випадку апарати захисту повинні мати по відношенню до тривало допустимих струмових навантаженнях кратність не більше [5]:

- 80 % для номінального струму плавкої вставки або струму уставки автоматичного вимикача, що має тільки максимальний миттєво діючий розщіплювач (відсічення),

- для провідників з полівінілхлоридной, гумовою або аналогічної за тепловим характеристикам ізоляцією;

- 100 % для номінального струму плавкої вставки або струму уставки автоматичного вимикача, що має тільки максимальний миттєво діючий розщіплювач (відсічення), - для кабелів з паперовою ізоляцією;

- 100 % для номінального струму розщіплювача автоматичного вимикача з нерегульованою залежною від струму характеристикою (незалежно від наявності або відсутності відсічення) - для провідників усіх марок;

- 100% для струму зміщення розщіплювача автоматичного вимикача з регульованою оберненою залежною від струму характеристикою - для провідників з полівінілхлоридної, гумовою або аналогічної за тепловим характеристикам ізоляцією;

- 125 % для струму зміщення розщіплювача автоматичного вимикача з регульованою оберненою залежною від струму характеристикою - для кабелів з паперовою ізоляцією та ізоляцією з вулканізованого поліетилену.

Силові електроприймачі (електродвигуни змінного струму) захищають від багатофазних КЗ, в мережах з глухозаземленоюнейтраллю - також від однофазних КЗ. Крім того, електродвигуни захищають від струмів перевантаження (максимальна струмовий захист), якщо вона має місце, і від пониження напруги (мінімальна захист).

Для захисту електродвигунів від КЗ застосовують запобіжники або автоматичні повітряні вимикачі. Для надійного відключення КЗ на затискачах електродвигуна з легкими умовами пуску відношення пускового струму електродвигуна до номінального струму плавкої вставки повинно бути не більше 2,5, а для електродвигунів з важкими умовами пуску (часті пуски і т.п.) це відношення має бути в межах від 2,0 до 1,6.

Як приклад на рис. 4.11 наведена однолінійна схема панелі ВРП для введення живлення в житлові та громадські будівлі [14].

Рис. 4.11. Схема панелі ВРП на напругу 0,4 кВ

При виконанні розподільчої підстанції (розподільного пункту, силового пункту, розподільчого щита, шафи і т.д.) на напругу до 1 кВ використовують стандартні панелі, на яких встановлюють комплекти з автоматичними вимикачами, іноді з контакторами. Схема розподільного щита з рубильниками й запобіжниками РПС- 2 і трансформаторів струму ТК -20 наведена в трифазному виконанні на рис. 4.12.

При складанні схеми розподільного пункту навантаження і лінії, що відходять підбирають таким чином, щоб РП не був громіздким і дорогим, але в той же час був стійкий до струмів КЗ. При лініях невеликих перерізів навантаження групують по дрібних магістралях. У разі застосування рубильників з запобіжниками пропускну здатність ліній, що відходять для силового навантаження рекомендується приймати рівною 250 і 400 А. Перерізи провідників і кабелів вище 150 мм2 застосовувати не рекомендується [5].

Рис. 4.12. Схема панелі розподільного щита на чотири лінії з рубильниками й запобіжниками на напругу 0,4 кВ

У схемах РП для силових і освітлювальних мереж повинно бути забезпечено відключення всієї РП без порушення роботи інших РП, які живляться від однієї магістралі. Для силових РП це досягається застосуванням загальних рубильників на вводі, причому при живленнні групи РП « ланцюжком » кожна РП може бути відключена без порушення роботи самого ланцюжка. Для споживачів, що вимагають більш надійного електропостачання, застосовують РП з двома рубильниками або контакторами. Відгалуження від РП захищають запобіжниками або автоматичними вимикачами [14].