Посібник

характеристикою (В, С, D, МА); узгодженням з допустимим струмом кабеля (провода).

Захисні часострумові характеристики типу В. С і D мають обернено залежну частину та струмову відсічку; характеристика типу МА – тільки струмову відсічку (рис.4.8).

Автоматичні вимикачі з характеристикою В (кратність струму відсічки (3-5) Ін) застосовують для навантажень з мінімальними струмами пуску, увімкнення тощо, наприклад, електронних пристроїв.

Характеристику типу С застосовують в колах загального призначення (побутові мережі, освітлення) з можливими відносно невеликими струмами короткочасних перевантажень (пуску, увімкнення).

Характеристики типу D (Івідс =10-14 Ін) застосовують для вимикачів в колах живлення асинхронних двигунів з нечастими комутаціями (без контакторів).

Під час визначення розрахункового струму КЗ для вибору апарату слід враховувати можливості обмеження його перехідним опором в точці КЗ, а також ефекту струмообмеження захисного апарату, увімкненого перед ним.

Значна частина вимикачів цього класу забезпечує функцію гарантованого розриву.

Вимикачі середньої потужності (рис 4.9) охоплюють діапазон номінальних струмів від 80 А до 630 А з можливістю використання розчіплювачів від 16 А. Сучасні вимикачі цього класу мають всього два типорозміри (в міліметрах): для триполюсних вимикачів на струми від 80А

до 250 А – (105 161 86), а на струми до 630 А – (140 255 110). Для вимикачів першого типорозміру розчіплювачі комбіновані (еплоелектромагнітні) та електронні, а для другого – тільки електронні. З метою використання вимикачів для пуску двигунів випускають спеціальні розчіплювачі: електромагнітні (без теплового елементу), з обов’язковим використанням спеціального теплового реле, яке монтується на контакторі для захисту двигуна від перевантажень, та електронні, які забезпечують повний захист та різні режими пусків. Приклад захисних характеристик розчіплювачів та криві струмообмеження показані на рис 4.10. (1 – захист від перевантаження; 2 – витримка часу; 3 – захист від короткого замикання з малою витримкою часу; 4 – витримка часу спрацювання від КЗ; 5 – миттєва відсічка; 6 – регулювання уставки відсічки; 7 – регулювання часу відсічки для спеціального розчіплювача).

Вимикачі цього класу можуть додатково комплектуватись блоком вимірювання струмів фаз, блоком захисту від сумарного струму витоку, а також великим набором аксесуарів, у тому числі цоколем або касетою для висувного виконання та набором пристроїв для АВР з механічним блокуванням.

У відкритому стані вимикача забезпечується ступінь захисту ІР-20.

101

Потужні автоматичні вимикачі виробляють на струми в діапазоні від 800 А до 6300 А, на 3 або 4 полюси, стаціонарного чи висувного виконання. На них можуть бути встановлені мікропроцесорні блоки захисту, керування, вимірювання з можливістю їх уведення в комп’ютерну мережу. У стаціонарному виконанні вимикач забезпечує функцію гарантованого розриву, а у висувному – видимого. У випадку відкритої установки апарат забезпечує рівень захисту ІР-30, у випадку установки в шафі і доступу до управління через отвір – ІР-40, а якщо доступ до управління закритий прозорими дверцятами – ІР-54.

Рис 4.11. Автоматичний вимикач (до 3200 А) та касета для висувного виконання

Вимикачі можуть додатково комплектуватись моторним приводом, соленоїдами вимкнення та увімкнення, блок-контактами стану та спрацювання захисту.

Електричні характеристики за нормами та позначеннями МЕК 947.2:

-номінальний струм Іn, А: 800. 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300;

-номінальна напруга ізоляції, Uі, B: 1000;

-номінальна імпульсна напруга ізоляції Uіmp, В: 8000;

-найбільша робоча напруга Ue, В: 690;

-повний струм вимкнення Іcu, кА діюч. , 55, 75, 100, 150;

-номінальний струм вимкнення Іcs, % від Іcu : 100;

-допустимий наскрізний струм КЗ Іcw, кА: 55, 75, 170 – 0,5с

-допустимий струм увімкнення на КЗ Іcm, кА уд.: 121, 165, 220,

286;

-електродинамічна стійкість, кА уд., 121, 165, 187;

-час вимкнення, мс: 25-30;

-час увімкнення, мс: 50

103

-кількість циклів: від 5000 до 15000.

Габаритні розміри, наприклад, вимикачів “Masterpact”на струми 800 – 3200А виробництва французької фірми “Merlіn Gerіn” стаціонарного виконання на 3 полюси становлять (мм): 422 352 297, а нової серії на струми до 1600А: 274 301 211.

4.2.4. Пристрої захисного вимкнення

Захист людей від уражень електричним струмом в побуті, торгівельних, лікувальних, адміністративних та інших приміщеннях, на будівельних майданчиках, сільськогосподарських об’єктах, в басейнах тощо, де можливий безпосередній чи посередній контакт людини і з струмопровідними частинами є найважливішою задачею, яку необхідно вирішувати під час проектування та експлуатації мереж низької напруги. Для цього використовують цілу низку заходів, пов’язаних з посиленням ізоляції, вирівнюванням потенціалів, покращенням якості пристроїв уземлення тощо.

Дуже ефективним заходом є застосування пристроїв захисного вимкнення (ПЗВ). Принцип дії ПЗВ базується на вимірюванні різниці струмів І1 фазного L та І2 нульового N проводів, значення якої в нормальному режимі близьке до нуля. Під час ушкодження ізоляції напруга фазного провідника попадає на корпус електроприймача. У разі доторкання людини до корпусу (рис. 4.12) через її тіло виникає шлях для проходження струму. Струм небалансу І (диференційний струм), що замикається через тіло людини, у цьому випадку значно зростає. Оскільки струми І1 та І2 відрізняються на величину І, то й утворені ними магнітні потоки відрізняються на Ф. Чим більше значення струму небалансу, тим більший некомпенсований потік Ф. Електрорушійна сила, що індукується у котушці трансформатора струму за певного значення І викликає спрацювання вимикального реле, яке приводить у дію механізм розчеплення контактної системи. Існує поняття номінального вимикального диференційного струму ПЗВ ІН, який викликає його спрацювання, і значення номінального струму ІН, який ПЗВ може пропустити у тривалому режимі роботи. На номінальний струм розраховані силові контакти пристрою. Робочий діапазон диференційних струмів повинен бути у межах І=(0,5 …1,0) ІН .

Існують ПЗВ з чутливістю до різних форм диференційного струму: змінного; змінного і пульсуючого постійного; змінного і згладженого постійного. Пульсуючий постійний струм – це струм з хвилеподібними імпульсами тривалістю понад 1500 за період повторення імпульсів, які розділені між собою проміжками, на яких значення струму не перевищує 0,006 А. Згладжений постійний струм – постійний струм з незначними

104

спрацювання ПЗВ від місця пошкодження до джерела живлення) існують ПЗВ з мінімально природною витримкою часу не вимикання, з підвищеною стійкістю до струму КЗ і середньою затримкою та селективні з великою затримкою часу не спрацювання. Затримка необхідна для уникнення хибних спрацювань від зовнішніх впливів (електромагнітних завад, комутаційних перенапруг тощо). ПЗВ з затримкою не спрацювання розташовують на лініях живлення груп приймачів; при цьому ПЗВ з великою затримкою – ближче до джерела живлення.

Рис. 4.12. Схема для пояснення принципу дії ПЗВ:

1 – котушка ПЗВ на магнітопроводі; 2 – електромагнітне реле; 3 – механізм розчеплення; 4 – контактна система; 5 – коло

випробування; І1 – струм робочого (фазного) провідника L; І2 – струм нульового провідника N; І – струм витоку

Перші повідомлення про ПЗВ, керовані диференційним струмом, відносяться до 1928 р. Рівень розвитку технологій не дозволяв досягти тоді прийнятних значень струмів та часу спрацювання. Лише в сімдесяті роки ХХ століття вдалося розробити апарат із струмом спрацювання до 10 мА та часом спрацювання 10 мс, який може надійно захистити людину навіть у випадку прямого дотику до струмопровідної частини електричного приймача. З цього часу почалось інтенсивне впровадження ПЗВ, чому сприяло розроблення та прийняття нормативних документів МЕК. Кількість встановлених ПЗВ в Європі на сьогодні оцінюється на рівні до одного мільярда, в результаті чого (разом з іншими заходами) досягнуто

105

зменшення електротравматизму більше, ніж на порядок (з 30-40 смертельних випадків на 1 мільйон жителів на рік до 1 – 0,6).

Будова ПЗВ та способи їх приєднання до мережі показані на рис.4.13.

Рис 4.13. Конструкція, характеристики, принципова схема двополюсного та чотириполюсного вимикача навантаження з ПЗВ

ПЗВ випускають у двох модифікаціях: для фіксованого монтажу у розподільних щитах і мобільні (переносні) для індивідуальних приймачів, що вмикаються у розетку.

ПЗВ характеризують та вибирають за наступними параметрами:

-кількість полюсів (двополюсні для використання у однофазних мережах і чотириполюсні для використання у трифазних мережах);

-номінальна напруга Uн;

-номінальний робочий струм Ін;

- номінальний диференційний струм спрацювання І н

-допустимий наскрізний струм Ідоп.кз.

-час вимкнення (визначається типом ПЗВ) tвим.

ПЗВ випускають на струми І ном = 10, 30, 100, 300, та 500 мА без витримки часу, а також з витримкою часу – селективні.

Відомо, що для виникнення загорання (займання) у точці ушкодження ізоляції достатньо потужності, рівної 60 Вт. Для цього достатньо щоб значення струму у місці ушкодження дорівнювало 300мА у мережі

106

напругою 220 В. Таке пошкодження у мережі може виявити і вимкнути тільки ПЗВ й тим самим запобігти виникненню пожежі.

Використання ПЗВ в мережах НН регламентоване новими Правилами влаштування електроустановок .

4.2.5. Пристрої захисту від перенапруг

Під тимчасовою перенапругою розуміють підвищення напруги у точці електромережі понад 1,1UН тривалістю понад 10 мс (ГОСТ 13104 - 97).

В процесі експлуатації в мережах НН час від часу виникають перенапруги, спровоковані грозовою атмосферною діяльністю та комутацією потужних реактивних елементів. У мережах 0,4 кВ комутаційні перенапруги можуть досягати 4,5 кВ. Грозові перенапруги в цих мережах можуть досягати 10 кВ у повітряній лінії та 6 кВ у внутрішній електромережі будівель. Дуже чутливими до перенапруг є коштовне електронне обладнання (обладнання керування, вимірювання, телеапаратура, комп’ютери, засоби зв’язку тощо) та комунікаційні мережі, а основні збитки, крім пошкодження обладнання, можуть бути пов’язані також з втратою чи спотворенням важливої технічної та економічної інформації.

За стійкістю до перенапруг електроенергетичне обладнання поділяють на чотири категорії, що позначаються римськими цифрами І, ІІ, ІІІ та ІV. Обладнання цих категорій витримує імпульсні перенапруги відповідно 1,5; 2,5; 4,0 та 6,0 кВ. Обладнання І-ї категорії потребує додаткових пристроїв захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП). Ці пристрої понижують перенапруги до рівня, безпечного для ізоляції устаткування.

Для обмеження перенапруг застосовують зовнішній та внутрішній захист. Вважають, що зовнішній захист забезпечує 50% захисту від прямих уражень блискавок, а від решти впливів повинен захищати внутрішній захист, який виконується з використанням спеціальних приладів – розрядників (або обмежувачів перенапруг) НН. Їх виробництво та застосування регламентовано відповідними нормами МЕК.

Згідно з цими нормами розрізняють розрядники наступних класів:

-класу А – іскрові розрядники для зовнішніх повітряних вводів;

-класу В (І) – розрядники 1-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг в мережі 0,4 кВ до 4 кВ;

-класу С (ІІ) – розрядники 2-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг до 2,5 кВ;

-класу Д (ІІІ) – розрядники 3-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг до 1,5 кВ.

107

Приклад схеми розташування розрядників в мережі типу TN-C-S наведено на рис.4.14, з якого видно принципи їх вибору й розташування. Для забезпечення нормальної роботи захисту від перенапруг необхідно, щоб відстань між розрядниками різних класів була не менше 10 метрів. Якщо цю умову виконати неможливо, то треба використовувати спеціальні індуктивні пристрої, які забезпечують еквівалентне продовження мережі (індуктивні елементи - дроселі).

В іскрових розрядниках енергія імпульсу перенапруги відводиться у землю через електричну дугу, що перекидається між електродами розрядника. Недоліком таких розрядників є порівняно тривалий час спрацювання та вихід електричної дуги за межі пристрою.

Основою захисних елементів інших пристроїв для внутрішнього захисту є варистори, а також газорозрядні прилади. Варистор – це резистор з нелінійною вольт-амперною характеристикою (рис. 4.15), виготовлений з оксиду цинку ZnO. Захисна здатність такого елемента полягає у пропусканні струму розряду у землю у разі, якщо напруга на ньому перевищить значення напруги спрацювання. У цьому випадку струм через варистор може досягати великих значень (до тисяч ампер). Тривалість проходження таких струмів необхідно обмежувати, для чого використовується елемент термічного захисту, який розриває коло струму через варистор.

108

Рис. 4. 15. Вольт-амперна характеристика варистора (а), його умовне графічне позначення разом з термічним елементом (б), позначення іскрового розрядника (в) та загальне позначення розрядника (г)

Конструктивно розрядники виготовляють в системі модульних пристроїв з монтажем на рейці DІN для трифазних мереж з різними системами заземлення та однофазних відгалужень. Вони характеризуються такими параметрами: номінальна напруга; номінальний струм спрацювання; максимальний струм спрацювання; рівень залишкової напруги; час спрацювання; найбільший супровідний струм; опір ізоляції.

4.2.6. Магнітні пускачі та контактори

Магнітні пускачі та контактори (далі–контактори) призначені для керування технологічним обладнанням, у першу чергу двигунами, також для оперативних комутацій окремих ланок невеликої потужності мережі електропостачання, які вимагають дистанційного чи автоматизованого керування. Вони відрізняються тим, що їх контактна система розрахована на значно більшу кількість комутацій, ніж у автоматичних вимикачів. Зазвичай їх використовують разом із запобіжниками, які захищають приєднання від коротких замикань, а для захисту від перевантажень застосовують спеціальне теплове реле. Широкого застосування набувають схеми з використанням контакторів разом з автоматичними вимикачами, а для двигунів невеликої потужності – комбінованих апаратів (автоматичний вимикач - контактор). Умовні позначення контакторів показані на рис.6.16,м.

Конструкція контактора складається з нерухомої та рухомої частин осердя, контактів (головних та допоміжних), механічно пов’язаних з рухомою частиною, та котушки керування. Якщо на котушку подати напругу, рухома частина осердя, долаючи зусилля пружини, притягується до нерухомої, контактор спрацьовує й залишається в цьому стані, поки котушка є під напругою. Для вимкнення контактора достатньо розімкнути коло котушки чи зменшити напругу її живлення, під дією пружини контактор перейде в первинний стан. Основними недоліками контакторів можна вважати необхідність неперервного протікання струму через

109

котушку, значна вага рухомих частин. Для подолання першого із зазначених недоліків виробники розробили контактори із защіпкою, яка утримує рухому частину притягнутою після спрацювання, але для розмикання контактора на іншу котушку необхідно подати відповідну напругу, щоб вивільнити защіпку; контактор у такому випадку втрачає функцію органу контролю мінімальної напруги.

Контактори характеризують наступними параметрами:

-номінальна напруга;

-номінальний струм;

-номінальна напруга котушки керування;

-кількість робочих циклів.

Для контакторів випускають різного роду аксесуари: додаткові контакти, у тому числі з витримками часу; механічне блокування для схем реверсу та АВР, з’єднувальні шинки тощо.

Рис.4.16. Схеми приєднання двигунів: а)через автоматичний вимикач із захисною характеристикою типу D; б) через автоматичний вимикач із захисною характеристикою типу МА, контактор та теплове реле; в) через вимикач навантаження із запобіжником та контактор з тепловим реле; г)

через автоматичний вимикач з електронним розчіплювачем з регульованою захисною характеристикою для захисту двигунів та контактором

Схеми приєднання двигунів наведені на рис.4.16. Для двигунів невеликої потужності можна застосувати приєднання через автоматичний вимикач з захисною характеристикою типу D (рис.4.16,а). В колах живлення двигунів з частими пусками застосовують контактори з тепловими реле, які забезпечують захист від перевантажень, а захист від коротких замикань забезпечують запобіжники або електромагнітні елементи розчіплювачів автоматів з характеристикою типу МА (Івідс.=12Ін)

(рис.4.16,б,в).

Для двигунів відносно великої потужності (зі струмами понад 100 А), застосовують схему приєднання, захисту й керування зі спеціальними

110