9.4 Основные принципы выполнения схем релейной защиты и автоматики в электрических сетях 0.4кВ

9.4.1 Способы защиты от коротких замыканий и перегрузок в электрических сетях 0.4кВ.

В качестве защитных аппаратов в электрических сетях 0.4кВ применяются

плавкие предохранители и автоматические выключатели.

С помощью плавких предохранителей защита электрических установок осуществляется наиболее просто и дешево. При их использовании не требуется устанавливать трансформаторы тока и напряжения, реле и автоматические вы­ключатели, необходимые при осуществлении релейной защиты.

В сетях до 1000 В плавкие предохранители являются основным видом защиты. Применяются плавкие предохранители и в сетях более высоких напряжений — до 110 кВ, когда они удовлетворяют требуемым параметрам и условиям эксплуатации.

Наряду с плавкими предохранителями в сетях напряжением ниже 1000 В для защиты от КЗ и перегрузки широко применяются автоматические воздушные выключатели. Автоматические выключатели представляют собой аппараты, которые состоят из выключателя с мощной контактной системой для отключения тока КЗ и реле защиты, действующих на его отключение при возникновении повреждения или перегрузки. Из-за подгорания контактов автоматические выключатели допускают отключение не более чем 2 —3 раза в час, вследствие чего они не могут применяться для частых операций в цепях управления.

Автоматические выключатели имеют ряд преимуществ по сравнению с плавкими предохранителями. Одно из них состоит в большей оперативности автоматических выключателей, которые всегда готовы к быстрому включению немедленно после отключения защищаемой цепи. Благодаря этому с помощью автоматических выключателей могут быть выполнены схемы АПВ и АВР. Другим существенным преимуществом автоматических выключателей является то, что они одновременно отключают все три фазы защищаемого при­соединения, в то время как перегорание предохранителя лишь в одной из фаз может привести к опасному для электродвигателей режиму работы на двух фазах.

9.4.2 Принцип действия и область применения предохранителей. Выбор предохранителей

В корпусе предохранителя размещается калиброванная плавкая вставка, по которой протекает ток защищаемой цепи. При коротком замыкании, когда ток во много раз превышает ток нормальной нагрузки, плавкая вставка разогревается до плавления. Расплавившись, она разрывает цепь тока.

Предохранители серии ПР2 имеют корпус из толстостенной фибро­вой трубки, на концах которой укреплены латунные втулки. На втулки одеты колпачки, которыми закрепляется плавкая вставка, выполненная из листового цинка. При расплавлении вставки образуется электричес­кая дуга с высокой температурой. При этом фибровая трубка начинает интенсивно выделять газы, которые создают внутри трубки большое давление и способствуют гашению дуги. Номинальные токи плавких вставок предохранителей этого типа 6-60 А. Предельные значения от­ключаемого тока для разных напряжений 0,8-8 кА.

Плавкие предохранители с наполнителем насыпного типа способны отключать более высокие значения тока. Такие предохранители, напри­мер серии ПН2, состоят из фарфорового патрона, заполненного кварце­вым песком. Плавкая вставка выполнена в виде узких медных лент с отверстиями, причем в середине каждой ленты имеется оловянный ра­створитель, ускоряющий процесс ее расплавления. Вся плавкая встав­ка находится в песке. Номинальные токи плавкой вставки от 15 до 1000 А. Отключающая способность достигает 30-100 кА.

Рисунок 9.24.Защитные характеристики предохранителя ПН2

Обычно плавкая вставка выдерживает в течение 1 ч и более не рас­плавляясь токи, превышающие ее номинальный в 1,3-1,5 раз. При то­ках, превышающих номинальный ток плавкой вставки в 1,6-2 раза, она плавится за время менее 1 ч. Защитная характеристика предохраните­ля —это зависимость времени расплавления t плавкой вставки с но­минальным током от протекающего по нему тока . Пример за­щитных характеристик приведен на рис. 9.24. Для одинаковых значений I ном у разных вставок возможен разброс характеристик по времени на 25-50%.

Выбор номинального тока плавкой вставки осуществляется с учетом особенностей защищаемого объекта. Однако во всех случаях должно удовлетворяться условие:

(9.37)

где — максимальный рабочий ток.

Для ответвлений с одиночным асинхронным двигателем должно соблюдаться условие:

(9.38)

где — пусковой ток электродвигателя,

К коэффициент снижения, учитывающий, что при существующих кратностях пускового тока и его длительности плавкая вставка не перегорает. Для электродвигателей с легким пуском (длительностью 2-5 с) ко­эффициент К принимают равным 2,5, при тяжелых пусках (длительнос­тью около 10 с) и при частых пусках (более 15 в час), а также для особо ответственных электродвигателей 1,6-2. Для двигателей с фазным ро­тором принимают к = 0,8-1. При защите магистрали, питающей сме­шанную или силовую нагрузку, условие выбора плавкой вставки имеет вид:

(9.39)

где — максимальный рабочий ток i -го приемника электро­энергии; — пусковой ток наиболее мощного электродвигателя; п — число приемников электроэнергии на магистрали; к—коэффици­ент, имеющий те же значения, что и в формуле (9.38).

Если в магистрали имеется несколько предохранителей, установ­ленных в разных местах последовательно, то плавкие вставки надо вы­бирать с учетом селективности. Для однотипных предохранителей се­лективность соблюдается, если их плавкие вставки различаются на две и более ступеней шкалы номинальных токов. Для разнотипных предох­ранителей селективность определяют сопоставлением защитных харак­теристик плавких вставок с учетом разброса времени расплавления вставок. Селективность соблюдается, если при одинаковых токах вре­мя t, плавления вставки ближнего к источнику питания предохранителя и время t ₂ плавления вставки следующего предохранителя отвечают ус­ловию:

(9.40)

где K₁— коэффициент запаса, принимаемый равным 1,7 при 25 % -ном разбросе и 3—при 50 % -ном разбросе защитных характеристик.

Чувствительность предохранителя к коротким замыканиям про­веряется по условию:

(9.41)

где —наименьшее значение тока короткого замыкания; — ко­эффициент чувствительности. В установках с глухозаземленной нейтралью в большинстве случаев за ток принимается ток однофазного к.з., в установках с изолиро­ванной нейтралью—ток двухфазного к.з. Защита предохранителя отве­чает требованиям чувствительности, если ≥3 для невзрывоопасной и >4 для взрывоопасной среды.