Основные характеристики предохранителей, проверка их селективности и чувствительности

Защита электрических сетей напряжением до 1кВ

Электрические сети трехфазного тока напряжением 0.4 кВ являются основой систем электроснабжения промышленных предприятий, городов и агропромышленных комплексов. Сети 0.4 кВ работают в системе с глухозаземленной нейтралью (четырех- или пятипроводные сети) за исключением тех случаев, когда по условиям повышенной опасности поражения электрическим током, пожароопасности, например на предприятиях торфоразработки, или для повышения надежности электроснабжения потребителей (собственные нужды подстанций городского тягового электроснабжения) применяют трехпроводную сеть напряжением 220 В или 380 В с изолированной нейтралью. Основными потребителями сетей с глухозаземленной нейтралью являются электродвигатели трехфазного тока, а также однофазного тока – светильники электрического освещения (220 В). В таких сетях могут возникнуть повреждения: междуфазные КЗ, однофазные КЗ на землю, обрыв одного провода или перегорание предохранителя (неполнофазный режим), а также кратковременные перегрузки, связанные с пусками электродвигателей.

В соответствии с ПУЭ электрическая сеть напряжением до 1 кВ должна иметь быстродействующую защиту от токов КЗ, обеспечивающую требуемую чувствительность и по возможности селективное отключение поврежденного участка. Неселективное отключение допустимо в тех случаях, когда это не приводит к авариям или тяжелым нарушениям технологического процесса. Наряду с защитой от токов КЗ должна быть предусмотрена защита от длительных перегрузок, действующая с выдержкой времени и отстроенная от кратковременных перегрузок. В некоторых случаях по ПУЭ допускается защиту от перегрузки не устанавливать.

В качестве аппаратов защиты в сетях до 1кВ применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Защита предохранителями

Основные характеристики предохранителей, проверка их селективности и чувствительности

Наибольшего распространения получили предохранители типа НПН2 и ПН2 с наполнителем в виде кварцевого песка (Табл. П1.4). Плавкая вставка предохранителя имеет обратнозависимую время-токовую характеристику срабатывания. Существенный недостаток предохранителя состоит в том, что не удается получить требуемую защитную характеристику при малых кратностях тока – время перегорания предохранителя оказывается существенно больше допустимого, т.е. предохранитель не защищает электроустановку при перегрузках. Однако за счет простоты и малой стоимости предохранители широко применяются для защиты неответственных потребителей и когда не требуется автоматизации управления.

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 заводамив 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. Строго говоря, при расчетах селективности необходимо сравнивать время плавления вставки, установленной ближе к источнику питания, с полнымвременем отключения вставки, установленной дальшеот источника питания. Но на практике обычно используются защитные характеристики в виде полного времени отключения, что допустимо, так как разбросы взначениях времени плавления иотключения так вели­ки, что перекрывают неточности расчетов.

Защитные характеристики обычно даются в виде графика, в прямоугольных координатах. По вертикаль­ной оси координат откладывается время, а по горизон­тальной оси - кратность тока, отключаемого предохра­нителем, к номинальному току вставки, или отключае­мый ток.

Для уменьшения размеров чертежа график строится влогарифмическом масштабе - вместо действительных величиннаосях координат откладываются величины, пропорциональные десятичным логарифмам этих ве­личин (рис.12.1).

Защитные характеристики предохранителей НПН и НПР на напряжение ниже 1000 в даны на рис.12.1. Действительное время отключения может зна­чительно отличаться от средних значений, указываемых заводом-изготовителем на защитных характеристиках. Опытным путем установлено, что в крайних случаях при совпадении всех неблагоприятных факторов, влияющих на величину времени отключения, отклонения действи­тельного времени отключения от заводских данных предохранителей до 1000 Вможет доходить до ±50%. Такой разброс принимается при проверке селективности в особо ответственных цепях, где неселективная работа предохранителей недопустима.

Рис.12.1. Защитные характеристики предохранителей НПН и НПР

В наиболее распространенных случаях обычно при­нимается разброс в значениях времен отключения ±25%. При этом допускается в редких случаях возможность неселективной работы предохранителей.

а. б.

Рис.12.2. Построение расчетных характеристик предохранителей на напряжение до 1000 В (а) и выше 1000 В (б)

Для проверки селективности заводские характеристики перестраиваются в расчетные, как показано на рис.12.2, а. По заводской характеристике при произвольной величине тока I₁ определяют среднее время отключения t₁.
Если требуется особо надежная селективность, то величину t₁ увеличивают и уменьшают на 50% и полученные значения времени откладываютна перпендикуляре, восстановленном из точки I₁. Задаваясь дру­гими значениями токов, строят область, ограниченную двумя кривыми. В пределах этой обла­сти лежат возможные значения полного времени отключения.

Для обычных случаев, когда за основу принимается разброс ±25%, построение производят аналогично, используя для этого величины 1,25t и 0,75 t . По результатам построения можно сделать следующие практические выводы для характеристик однотипных предохранителей:

· При уменьшении разброса область селективной работы расширяется в сторону больших токов;

· Если обеспечивается селективность при одном каком-то значении тока, то селективность обеспечивается и при всех меньших токах;

· Для проверки селективности во всем диапазоне токов достаточно проверить ее при наибольшем токе, проходящем через вставку с меньшим номинальным током;

· В сетях напряжением ниже I000 Вселективность следует проверять при трехфазном КЗ, когда ток имеетнаибольшее значение.

Для проверки селективности вставок предохраните­лей на напряжение ниже 1000 в можно пользоваться следующими уравнениями:

1,5t_м < 0,5 t_б или t_б > 3 t_м ; (12.1)

1,25 t_м < 0,75 t_б или t_б > 1,7 t_м , (12.2)

где: t_ми t_б - время отключения тока КЗ вставкой с меньшим и большим номинальными токами при токе трехфазного КЗ в месте установки вставки с меньшим номинальным током.

Выражение(12.1) применяется при разбросе в 50%, а выражение (12.2) - при разбросе 25%.

Необходимо подчеркнуть, что приведенные рассуждения и выражения (12.1) и (12.2) действительны только для однотипных предохранителей. У разнотипных предохранителей селективность должна проверяться не по одной точке, а по всему диапазону токов - от тока трехфазного КЗ в месте установки дальнего от источника питания предохранителя до номинального тока вставок.

В отличие от предохранителей, применяющихся в сетях напряжением до 1000 В, разброс характеристик предохранителей для сетей более высокого напряжения регламентирован следующим образом: для любого времени отключения отклонения в величине тока не должны превосходить ±20% от величины тока, ука­занного в информации завода-изготовителя.

Перестройка заводских характеристик в расчетные производится в следующей последовательности (рис.12.2,б). Задаемся произвольной вели­чиной времени t₁,по за­водской характеристике для вставки на заданный номинальный ток опреде­ляем соответствующий ему ток I₁ и откладываем его на горизонтальной оси. Влево и вправо от этой точки откладывают­ся величины ±0,2 I₁. Из полученных точек восстанавливаются пер­пендикуляры до пересече­ния с горизонтальной ли­нией, проведенной из точки t₁.