книги из ГПНТБ / Электрические сети жилых зданий

Следует ожидать, что в будущем такие работы будут выполнены, причем наряду с рассмотрением проблемы ста­ рения изоляции в комплексе следует учесть и такие важ­ нейшие факторы, как ухудшение контактных соединений при повышенных нагревах и другие вопросы пожарной и электробезопасности, а также экономические факторы.

5-5. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Даже в правильно спроектированной и эксплуатируемой электроустановке всегда остается вероятность появления аварийных режимов, которые могут привести к выходу

из строя электрооборудования, а иногда и к пожару и уничтожению имущества. Неисправные установки пред­ ставляют большую опасность для соприкасающихся с ними людей. К аварийным режимам в первую очередь относятся к о р о т к и е з а м ы к а н и я (к. з.) одно,- двух- и трехфазные, являющиеся наиболее опасным видом аварии в электроустановках. Чаще всего короткие замыкания происходят в результате пробоя или перекрытия изоля­ ции или из-за неправильной сборки схемы и неквалифи­ цированного обращения с электроприборами. Токи ко­ роткого замыкания, ограниченные лишь весьма неболь­ шими сопротивлениями короткозамкнутой цепи (см. гл. 6), могут достигать величин, в десятки раз превышающих номинальные токи присоединенных аппаратов, приборов, электрических' машин, а также допустимые токи провод­ ников. Токи короткого замыкания вызывают значительное термическое и динамическое действие на токоведущие части и их выход из строя. Именно поэтому важно локализовать аварию, отключить в возможно короткий срок поврежден­ ный участок сети.

Другим распространенным видом аварии в электриче­

в обмотках электродвигателей и т. д. повышенных токов, вызывающих их нагревание сверх допустимого по нормам. Перегрузки тоже могут принести большой вред, так как вызывают ускоренное старение и разрушение изоляции, что может в свою очередь привести к короткому замыканию и перерыву в электроснабжении. Тем не менее перегрузки не приводят к немедленному выходу из строя электроуста­ новок. Во многих случаях, особенно при наличии квали­ фицированного эксплуатационного персонала, такие пере­ грузки маловероятны.

Требования ПУЭ в отношении защиты сетей напряжением до 1000 В применительно к жилым

зданиям1

1. Защита от коротких замыканий. Все электрические сети жилых зданий должны иметь защиту от токов ко­ ротких замыканий с наименьшим временем отключения и обеспечением по возможности требования селективности

(ПУЭ ІІІ-І-6). При этом защита должна обеспечивать отключение аварийного участка при коротких замыканиях

132

в конце защищенной линии: а) одно- и многофазных — в сетях с глухозаземленной нейтралью; б) двух- и трех­ фазных — в сетях с изолированной нейтралью. Минималь­ ные кратности токов коротких замыканий, при которых обеспечивается работа защиты, и методика расчета токов коротких замыканий приведены в гл. 6.

случаях. Что касается селективности действия, то ПУЭ требуют ее соблюдения лишь по возможности. Существо вопроса состоит в том, что токи короткого замыкания проходят через все аппараты защиты, установленные в цёпи, начиная от источника питания, а не только через аппараты, ближайшие к месту повреждения. Одновремен­ ное мгновенное срабатывание всех аппаратов защиты цепи неизбежно вызвало бы прекращение питания боль­ шой группы электроприемников, например, всех квартир, присоединенных к одному стояку или даже к нескольким стоякам, питаемым одной магистралью. Такой перебой в электроснабжении при коротком замыкании в групповой линии только одной из квартир, конечно, крайне нежела­ телен. Следовательно, целесообразно так выбирать и раз­ мещать аппараты защиты, чтобы их срабатывание проис­ ходило с некоторым сдвигом по времени (выдержкой времени) по мере их удаления в сторону источника пита­ ния или головного участка сети. В этом и заключается изби­ рательность (селективность) действия защиты, которая, однако, при применяемых в настоящее время в сетях до 1 000 В аппаратах защиты (предохранители и автомати­ ческие выключатели) может быть достигнута не всегда. При больших токах короткого замыкания возможны несе­ лективные срабатывания вследствие разброса характерис­ тик, особенно предохранителей, у которых он может быть значителен.

Вместе с тем любая задержка с отключением поврежден­ ного участка опасна, так как может привести к еще боль­ шим повреждениям. Поэтому при проектировании при­ ходится решать вопрос о том, что важнее: добиваться быст­ роты отключения или обязательно добиваться селектив­ ности.

По-видимому, для жилых зданий, как правило, не рас­ полагающих достаточным эксплуатационным персоналом высокой квалификации, первое требование следует считать более важным. При этом надо еще учесть, что соблюдение

133

селективности во многих случаях может потребовать увеличения сечений, т. е. удорожания всей электроуста­ новки.

2. Защита от перегрузки. От перегрузки должны быть защищены все сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными незащищенными изолированными проводниками с горючей оболочкой. Кроме того, защите от перегрузки в жилых и общественных зданиях подлежат сети, выполненные защищенными проводниками, провод­ никами, проложенными в трубах, в несгораемых строи­ тельных конструкциях, к которым присоединены о с в е ­ т и т е л ь н ы е электроприемники, а также б ы т о в ы е и п е р е н о с н ы е э л е к т р о п р и е м н и к и (утюги, чайники, плитки, комнатные холодильники, пылесосы, стиральные и швейные машины и т. п.).

С и л о в ы е с е т и защищают от перегрузки лишь в тех случаях, когда по условиям технологического про­ цесса или режиму работы сети может возникать длитель­ ная перегрузка проводов и кабелей. Как правило, в жи­ лых зданиях таких условий в силовых сетях не сущест­ вует, поэтому они защищаются только от коротких замы­ каний.

Аппаратами защиты во внутренних сетях жилых зда­ ний напряжением 380/220 В служат плавкие предохра­ нители и автоматические воздушные выключатели. Сило­ вые электроприемники, кроме них, защищаются от пере­ грузок с помощью тепловых реле, встроенных в магнитные пускатели. Магнитные пускатели осуществляют при этом и защиту от самозапуска. Самозапуск применяется в жи­ лых домах лишь в системах дымоудаления, что следует учитывать при расчете сетей и выборе аппаратов за­ щиты.

Следует иметь в виду, что главные контакты магнитных пускателей не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. Кроме того, тепловые реле большинства суще­ ствующих конструкций магнитных пускателей сами нуж­ даются в защите от коротких замыканий, так как при про­ хождении токов к. з. нагревательный элемент реле может перегореть быстрее, чем реле успеет отключить двигатель. Поэтому при применении магнитных пускателей с тепло­ выми реле для защиты от перегрузок необходимо допол­ нительно устанавливать в этих цепях предохранители или автоматические выключатели для защиты от коротких замыканий.

134

В [Л. 48] разрешено считать эти реле термически устой­ чивыми без проверки расчетом, если ответвление к элект­ роприемнику защищено одним из следующих аппаратов: плавкой вставкой с номинальным током, не превышающим наибольший длительно допустимый ток теплового целе более чем в 4 раза; автоматическим выключателем с тепло­ вым расщепителем, номинальный ток которого не превы­ шает наибольший длительно допустимый ток теплового реле более чем в 2 раза. Эти условия предопределяют число и единичную мощность электроприемников, которые могут соединяться в «цепочку» с одним общим аппаратом защиты на ответвлении, но с индивидуальными аппаратами управ­ ления и защиты от перегрузок для каждого электропри­ емника.

Плавкие предохранители благодаря простому устройству и малой стоимости получили большое распространение в сетях напря­ жением до 1 000 В, в том числе и в электрических сетях жилых зда­ ний. Предохранители и плавкие вставки характеризуются номи­ нальным напряжением, номинальным током и предельно отключае­

н и т е л я называют напряжение, соответствующее наибольшему номинальному напряжению цепей, в которых разрешается установка данного предохранителя. Н о м и н а л ь н ы м т о к о м п р е ­ д о х р а н и т е л я называется наибольший ток, на который рас­ считаны токоведущие части предохранителя (патрон, контактные стойки). В один и тот же патрон могут быть вставлены плавкие вставки на различные номинальные токи. Номинальный ток предо­ хранителя равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных к установке в данном предохранителе. Н о м и н а л ь н ы м т о к о м п л а в к о й в с т а в к и назы­ ваетсянаибольший ток, который плавкая вставка выдерживает неограниченно долгое время. П р е д е л ь н о о т к л ю ч а е ­ м ы й т о к п р е д о х р а н и т е л я — наибольший расплавляю­ щий ток, при котором еще обеспечивается гашение дуги без повреж­ дений патрона предохранителя.

В настоящее время применяются почти исключительно предо­ хранители с закрытыми патронами как наиболее безопасные и имеющие более высокую коммутационную способность. Открытые предохранители и предохранители с открытыми сверху и снизу трубками сняты с производства и могут встретиться лишь как исключение на действующих установках. Рассмотрим принцип действия наиболее распространенных предохранителей серий ПР2 и ПН-2.

Р а з б о р н ы й п р е д о х р а н и т е л ь с ф и б р о в о й т р у б к о й серии ПР2 имеет патрон из толстостенной фибровой трубки, на концы которой насажены латунные втулки, предохра­ няющие трубки от разрыва. Плавкие вставки крепятся винтами к ножам, которые в свою очередь закрепляются латунными обой­ мами, навинчиваемыми на втулки патрона. Патрон в сборе с плавкой вставкой вставляется в контакты, к которым присоединяются подхо­

135

дящие и отходящие проводники. Таким образом, предохранитель оказывается включенным последовательно в рассечку линии. При токе, превышающем определенную величину, плавкая вставка сильно нагревается, а затем расплавляется. Образуется мощная электрическая дуга, температура внутри фибрового патрона резко возрастает. С появлением дуги с поверхности фибры происходит интенсивное выделение газов, давление внутри патрона сильно уве­ личивается, что способствует деионизации пространства и эффек­ тивному гашению дуги. Однако высокое давление, развиваемое в пат­ роне, требует его особой прочности, что ограничивает коммутацион­ ную способность предохранителей данного типа. В этом отношении предохранители с фибровыми патронами сильно уступают предохра­ нителям с наполнителями. Кроме того, они довольно дороги и тре­ буют для изготовления дефицитных материалов и более громоздки, чем предохранители с наполнителями, рассмотренные ниже. Од­ нако предохранители ПР2 имеют преимущество, состоящее в лег­ кости замены плавкой вставки, тогда как в предохранителях с на­ полнителями приходится заменять весь патрон.

нами. наполненными кварцевым песком. Внутри патрона распола­ гается плавкая вставка. В" таких «засыпных» предохранителях интенсивному дугогашению способствует разветвление дуги в тон­ чайших промежутках между зернами песка. Обладая большой по­ верхностью, зерна наполнителя хорошо поглощают тепло и охлаж­ дают выделяющиеся газы. В результате резко снижается давление в натроне при испарении материала вставки. Деионизация и гаше­ ние дуги происходят настолько быстро, что при коротком замыка­ нии ток не успевает достигнуть своего амплитудного значения.

с патронами на 100 и 250 А пропускает ток не более 5 кА.

Из распространенных типов предохранителей отметим засып­

предохранителям серии ПН-2. Для защиты квартирных групповых сетей еще широко применяются плавкие пробочные резьбовые пре­ дохранители типа Н-20.

Защитные характеристики предохранителей. Время расплавле­ ния плавкой вставки предохранителя зависит от силы тока пере­ грузки. Чем больше ток, тем быстрее наступает расплавление плавкой вставки. Зависимость полного времени отключения (про­

На рис. 5-4 показаны защитные характеристики предохранителей серии ПН-2, на которых даны предельные величины наименьшего и наибольшего времени отключения при данном токе, т. е. так назы­ ваемый р а з б р о с характеристики. Как видно из характеристик, время срабатывания при одном и том же токе может колебаться в значительных пределах (до ±50% ), что зависит от производствен­ ных допусков, материала вставки, его старения, состояния контакт­ ных соединений, влияния окружающей среды и т. п. На практике пользуются усредненными характеристиками, приведенными на рис. 5-5,

136

Значительный разброс времени плавления вставок является серьезным недостатком плавких предохранителей, затрудняю­ щим селективную работу защиты. Рекомендуется [Л.74] для обеспе­ чения избирательности работы предохранителей, чтобы каждая последующая в сторону источника питания плавкая вставка была на две ступени больше предыдущей, если это не приводит к увеличе­ нию сечения проводов. Разница не менее чем на одну ступень явля­ ется обязательной во всех случаях. Для особо ответственных зданий

мин

Рис. 5-4, Время-токовые характеристики пред­ охранителей серии ПН-2.

1 — lOOAj 2 — 250А; 3 — 400ÄJ 4 — 600А.

выбор плавких вставок предохранителей должен производиться с учетом разброса по защитным характеристикам.

Преимущества автоматических выключателей (автоматов) перед плавкими предохранителями сводятся к следующему.

1. При перегрузке или коротком замыкании автомат отключает все три фазы защищаемого ответвления к электродвигателю, пре­ дотвращая возможность его работы на двух фазах.

2. Автомат после срабатывания вскоре снова готов к работе, в то время как в предохранителе требуется замена калиброванной вставки или даже патрона. '

3. Автоматы имеют более точные защитные характеристики, чем предохранители.

137

4.Автоматы, помимо функций защиты, могут быть использованы для нечастых коммутаций цепей, в которых они установлены. Таким образом, они совмещают функции защиты и коммутации.

5.Некоторые типы автоматов имеют встроенные блок-контакты, используемые в цепях блокировки и сигнализации, а также неза­ висимые расцепители, позволяющие осуществлять дистанционное управление.

6.Автоматы исключают возможность применения некалиброванных элементов, что, к сожалению, часто практикуется в уста­ новках с плавкими предохранителями..

2*105 5*10s 20*103

Рис. 5-5. Усредненные время-токовые характери­ стики предохранителей серии ПН-2.

Наиболее часто применяемые автоматы могут снабжаться тепло­ выми, электромагнитными или комбинированными расцепителями (последние представляют собой сочетание теплового и электромаг­ нитного расцепителей). Время срабатывания тепловых расцепите- ' лей автоматических выключателей, так же как и предохранителей,

нитные расцепители срабатывают практически мгновенно при токе, на который они отрегулированы.

долго, что гарантируется заводои-изготовителем. Наименьший ток,

чение тока, при котором расцепитель срабатывает. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание назы­

138

вается о т с е ч к о й . Важно подчеркнуть, что номинальный ток автомата характеризует пропускную способность его контактных частей и соответствует номинальному току его наибольшего тепло­ вого расцепителя.

Автоматические выключатели разделяются на н е р е г у л и- р у е м ы е и р е г у л и р у е м ы е . К первым относятся автоматы, уставки расцепителей которых отрегулированы на заводе-изгото- вителе и никаких приспособлений для регулировки в процессе мон­ тажа и эксплуатации не имеют. К ним относятся автоматы серии А3100, АЕ-1000, АЕ-2000, АК-63, АБ-25. Другая группа автоматов снабжена приспособлениями для изменения тока уставки путем

Рис. 5-6. Время-токовая характеристика автоматического выключателя типа А3120.

Ік з — ток короткого замыкания; І а н — номи­

нальный ток расцепителя.

воздействия на механическую систему автомата или на специаль­ ное устройство, изменяющее время срабатывания автомата (селек­ тивные автоматы). Из наиболее распространенных регулируемых автоматов отметим автоматы серий АП50, А3700, AB и АВМ.

На рис. 5-6 показана время-токовая характеристика автомата типа А3120. Участок кривой А показывает полное время отключе­ ния автоматом токов перегрузки (до 10 / а. н) под воздействием теп­ лового элемента, Б — линия средних токов, при которых начинают действовать электромагнитные элементы (отсечки). Граница воз­ можных отступлений от среднего тока (±15%) находится в заштри­ хованной зоне, В — линия времени от начала короткого замыкания до удара бойков электромагнитных элементов (0,0055 с) по рейке расцепителя (начало отключения автомата, после чего отключение неизбежно), Г — линия полного времени отключения автомата под воздействием электромагнитных элементов.

На рис. 5-7 показаны время-токовые характеристики тепловых расцепителей автоматов для всей серии А3100. В настоящее время

139

0 4 8 12 16 20

Рис. 5-7. Время-токовые характеристики автоматов серии А3100. Заштрихованные зоны показывают разброс времени отключения.