Электроснабжение предприятий

1. Электроснабжение предприятий

Раздел 6. Защита и автоматика
системы электроснабжения
Тема 6.1. Защита электрических сетей
низкого напряжения

2.

• Плавкими предохранителями называют
электрический аппарат, который при токе, большем
заданной величины, размыкает электрическую цепь
путем расплавления плавкой вставки,
непосредственно нагретой током до расплавления.
• Предохранители можно классифицировать по
степени закрытия плавкой вставки на:
• а) предохранители с открытой плавкой вставкой
(применяются редко);
• б) предохранители с полузакрытым патроном;
• в) предохранители с закрытым патроном, в которых
отсутствует выброс пламени дуги при перегорании
плавкой вставки.

3.

• В современных предохранителях для плавких вставок
обычно применяются медь, цинк, серебро.
• Медь по сравнению с цинком имеет малое удельное
сопротивление, что позволяет применять плавкие
вставки небольшого сечения. Однако медь имеет
весьма высокую температуру плавления (около 1083°С)
и подвержена окислению.
• Серебро, как и медь, имеет малое удельное
сопротивление и, кроме того, не окисляется, что
обусловливает высокую стабильность пограничных
токов серебряных вставок. Температура плавления
серебра - 961°С.
• В предохранителях с медными или серебряными
вставками при небольших токах перегрузки возможен
значительный нагрев патрона предохранителя и его
разрушение.

4.

• Одним из способов снижения температуры
плавления вставки является применение
металлургического эффекта, когда на медную или
серебряную вставку напаивают шарики из металла
с низкой температурой плавления (олово, свинец).
При нагреве от тока перегрузки шарик плавится и
растворяет в себе металл вставки, что приводит, в
конечном счете, к изменению сечения вставки и ее
расплавлению в этом месте.
• Металлургический эффект способствует заметному
снижению времени перегорания вставок при
небольших токах перегрузки.
• К достоинствам цинковых вставок следует отнести,
помимо невысокой температуры плавления (419°С),
неизменность их сечения при эксплуатации.

5. Основные параметры предохранителей

• а)
- номинальный ток патрона максимальный ток, при котором токоведущие
и контактные части нагреваются не выше
допустимой температуры;
• б)
- номинальный ток вставки длительный рабочий ток, при котором плавкая
вставка не должна перегорать;
• в)
- предельный ток отключения
предохранителя.

6.

• Полное время отключения цепи
предохранителем слагается из времени
нагрева вставки до плавления, времени
перехода из твердого состояния в жидкое
(плавление) и времени горения (гашения
дуги):
• Зависимость полного времени отключения
цепи плавким предохранителем от тока
называют времятоковой характеристикой, или
защитной характеристикой.

7.

Рис 1 Защитная характеристика:1 - характеристика
предохранителя;2 - характеристика объекта.

8.

• Крутизна защитной характеристики предохранителя
определяет быстродействие срабатывания
предохранителя а, следовательно, надежность защиты.
• Величина тока, при котором вставка предохранителя не
перегорает в течение длительного времени, называют
пограничным током.
• Номинальный ток плавкой вставки должен быть
меньше пограничного тока.
• Для обычных предохранителей отключение 5-10 кратного тока происходит примерно за время 0,5-0,1с, а
1,5-2 - кратного тока за 20-50с.
• Для цепей, требующих большего быстродействия
защиты, созданы специальные быстродействующие
предохранители (серия ПНБ), которые отключают 5-10 кратный ток за время не более 0,01с, а 1,5-2 - кратный
ток - за 10с.

9.

• В некоторых случаях требуется, наоборот,
повышенная инерционность срабатывания
предохранителя, например для защиты
асинхронных двигателей с прямым пуском. Для
таких цепей имеются специальные инерционные
предохранители с двумя различными плавкими
вставками, что обусловливает двухступенчатый вид
защитной характеристики с различной крутизной.
• Каждый тип предохранителя изготовляют на
определенный наибольший номинальный ток, а
плавкие вставки к нему делают на несколько
значений номинального тока. Так, например,
предохранитель на номинальный ток 60А снабжают
плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А.

10. Выбор предохранителя

• а) по номинальному напряжению сети:
где
- номинальное напряжение предохранителя.
Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать
по возможности равным номинальному напряжению сети.
б) по длительному расчетному току линии:
где
- номинальный ток вставки;

11.

• в) по условиям пуска асинхронных двигателей (с к.з. ротором)
=
,
• где
- коэффициент, зависящий от условий пуска (1,5...2,5)
г) если предохранитель стоит в линии, питающей сразу несколько
двигателей с к.з. ротором:
где
. - расчетный номинальный ток линии, равный

12.

• Для двигателей с фазным ротором, если
то
≥ (1...1,25)
• д) проверка по условиям к.з.:
*3...4, где
- ток к.з. двигателя.
• В цепях управления и сигнализации плавкие вставки
выбираются по соотношению:
где
- наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов,
сигнальными лампами и т.д. при одновременной работе;
- наибольший суммарный ток, потребляемый при включении катушек,
одновременно включаемых аппаратов.

13.

• Для защиты низковольтных цепей выпускаются
предохранители в основном двух типов:
• ПР–2 – предохранитель трубчатый, изолирующий
корпус круглого сечения из фибры на большие токи и
из фарфора на малые токи, гашение дуги в закрытом
объёме и за счёт газов, выделяемых фиброй. Плавкая
вставка переменного сечения показана на рис. 5.3.

14.

ПН–2
–
предохранитель
с
мелкозернистым
наполнителем (кварцевый песок), корпус квадратного
сечения из фарфора, плавкая вставка может быть одно–,
двух–, или трёхленточная (тонкая лента).
1 – тонкая медная лента, 2 – перфорированный участок, 3 –
наплавленное олово в виде шарика

15.

• Преимуществами
предохранителей
является:
• малая стоимость
• высокая предельная
отключающая способность
при сравнительно малом
номинальном токе.
Недостатки
• – плавкие вставки с течением
времени окисляются, и
уменьшается их сечение и
номинальный ток;
• – предохранитель может
сработать в одной фазе, что
может явиться причиной
перегрева включенных
асинхронных
электродвигателей;
• – трудность защиты от
перегрузки, так как вставка
надежно плавится при токах,
превышающих номинальный
ток на 50 – 100 %.

16. Пример

Дано:
Рн=25кВт; Кп=5; cos =0,83;
среда-нормал. (защита от перегрузки не
требуется КЗ=0,33)
• а) Защита кабеля от перегрева нейтрали
• б)
А
• F=10мм2
Iдд=46 А

17.

• Упрощенный метод
• Не должна перегорать при временном КЗ
• Кз -учитывает ток изоляции, условия среды и требование защиты от
перегрузки.
• Выбираем плавкую вставку

18. Для обеспечения селективности плавкие вставки выбираются на различных ступенях схемы, отличающихся на 1-2 позиции.

Проверяем согласование вставки с выбранным сечением.
а) I BCT Kз Iдд ; Kз 0,33 ; 100 0,33 46
б) I BCT Kз Iдд ; Kз 1;
100 46 нужно увеличивать сечение кабеля,
следовательно F 50мм 2
Iдд=120 А
Для обеспечения селективности плавкие вставки выбираются на
различных ступенях схемы, отличающихся на 1-2 позиции.
F1 F1 F2 -
I BCT Ip ; I BCT 3 45,8 137,4 A
I BCT 100 A (по условию пуска)
IН.ПР=250 А; IН.ВСТ=160 А

19. Автоматические выключатели

• Автоматы предназначены для редких включений и
отключений, вручную или дистанционно, электрических
нагрузок, а также автоматического отключения
электрической сети или отдельного электроприёмника при
аварийных режимах.
• Различают несколько типов автоматов:
• универсальные (работают на постоянном и переменном
токе),
• установочные (для установки в общедоступных
помещениях),
• быстродействующие постоянного тока и гашения магнитного
поля мощных генераторов.

20. Основные элементы автоматического выключателя

Главные контакты
• Главные контакты автоматов должны
находиться под номинальным током, не
перегреваясь, продолжительное время, и
быть способными отключать большие токи
короткого замыкания, не превышающие
предельную коммутационную способность.

21. Дугогасительное устройство

• Дугогасительное устройство должно обеспечивать
гашение дуги в малом объёме при отключении
номинальных и больших токов короткого
замыкания.
• Широкое распространение в автоматах
переменного тока получили дугогасительные
камеры типа «дугогасительная решётка», которая
состоит из нескольких металлических пластин. С их
помощью происходит разделение дуги на ряд
последовательно соединенных коротких дуг, что
улучшает охлаждение, снижает напряжение в
столбе дуги и способствует гашению дуги.

22. Привод

• Привод служит для включения и отключения
автомата.
• Отключение производится отключающими
пружинами, которые при включении взводятся и
запасают кинетическую энергию. При этом, чем
больше автомат, тем большей запасённой энергией
должны обладать взведённые пружины и,
следовательно, значительнее необходимо усилие
при включении.
• Для больших автоматов применяется моторный
привод, малые автоматы включаются вручную.

23. Механизм включения и свободного расцепления

• Механизм включения и свободного
расцепления предназначен для замыкания
главных контактов, удержания их в замкнутом
состоянии и обеспечения быстрого
отключения при аварийных режимах в
защищаемой цепи.
• Механизм представляет собой систему
шарнирно–связанных рычагов, соединяющих
привод включения с подвижными контактами,
которые соединены с отключающей
пружиной.

24. расцепители и вспомогательные контакты (блок–контакты).

• Расцепитель – это элемент автомата, контролирующий
определённый параметр (ток, напряжение) защищаемой цепи.
При отклонении этого параметра от заданного значения,
расцепитель воздействует на механизм свободного расцепления,
отключая тем самым главные контакты.
• расцепители бывают:
• а) токовые максимальные мгновенного или замедленного
действия;
• 6) напряжения - минимальное, для отключения автомата при
снижении напряжения ниже определенного уровня;
• в) обратного тока - срабатывает при изменении направления
тока;
• г) тепловые - работают в зависимости от величины тока и
времени его протекания (применяются обычно для защиты от
перегрузок)
• д) комбинированные - срабатывают при сочетании ряда
факторов.

25. Вспомогательные контакты

• предназначены для переключений в цепях управления в
автоматах с дистанционным приводом, а также для
включения сигнализации включенного и отключенного
состояния автомата.
• В автоматах на большие токи имеются блок–контакты.
• Блок-контакты служат для производства переключения в
цепях управления блокировки, сигнализации в
зависимости от коммутационного положения автомата.
• Блок-контакты выполняются нормально открытыми
(замыкающие) и нормально закрытыми (размыкающие).
• В автоматах на сравнительно небольшие токи для защиты
от к.з. чаще всего применяется электромагнитный
расцепитель, а для защиты от перегрузок тепловой
расцепитель.

26.

• Номинальный ток, защищающего от перегрузки
электромагнитного теплового или комбинированного
расцепителя
автоматов выбирается по
длительному расчетному току линии
;
• ток срабатывания (отсечки) электромагнитного
расцепителя Icр. определяется из соотношения:
• где
- максимальный кратковременный ток линии,
который при ответвлении к одиночному
электродвигателю равен его пусковому току.
Коэффициент 1,25 учитывает неточность в
определении максимального кратковременного тока
линии и разброс характеристик расцепителей.

27. Требования к выбору выключателей

• Номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже
напряжения сети
• Отключающая способность должна быть рассчитана на максимальные
токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу
• Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего
расчетного тока нагрузки
• Для теплового
• Для электромагнитного
• Требование чувствительности - тепловой
электромагнитный

28. пример

Дано: Р=25кВт; Кп=5; =0,9; cos =0,83; А3700.
P
IH
50,9 A
3 U cos
F=16мм2 ; Iдд=60 А; Iн.а=160 А
Тепловой: I H .Pacц I Pacч 50,9 А ; I H . Pacц 80 A ; I H . Pacц 63 A - регулировка
проверка на возможность пуска
согласование с выбранным сечением
1)
2)
I Pacц Kз Iдд ;
Электромагнитный: I Pacц (1,2 1,4) Inyck ; In 5 50,9 254,5
I Pacц
I H . Pacц .T
1,3 254,5
5,25
63
63 0,8 60

29. Расчетные формулы для выбора аппаратов защиты в осветительных и силовых сетях

Аппарат защиты
Предохранитель
(тепловая вставка)
Автоматический
выключатель с тепловым
расцепителем
Автоматический
выключатель с
комбинированным
расцепителем (эл.
магнитным и тепловым)
Осветительные сети
Силовые сети
Лампы ЛЛ и ЛН
Лампы ДРЛ,
ДРИ, ДНат
Линии к одиночным
электроприемникам
Линии к группам
электроприемников
Iз≥Iр
Iз≥1,2Iр
Iз≥Iн, Iз≥Iп/α
Iз≥Iр
Iз≥1,3Iр
Iз≥1,25Iн
Iз≥Iр.гр,
Iз≥(I1п+I1р)/α
Iз≥1,25Iр
Iз≥Iр
Iз≥1,3Iр
Iз≥1,25Iн
Iу.эр≥1,2Iп
Iз≥1,1Iн
Iу.эр≥1,2(I1п+I1р)

30.

где Iз – номинальный ток плавкой вставки или уставка номинального тока
теплового расцепителя автоматического выключателя;
Iу.эр – номинальный ток уставки электромагнитного расцепителя мгновенного
действия (отсечки);
Ip – расчетный ток нагрузки А; Ip.гр. – расчетный ток нагрузки группы ЭП, А; Iн –
номинальный ток ЭП, А; Iп – пусковой ток электроприемника, А;
I1p –расчетный ток остальных электроприемников в данной группе (без
расчетного тока наибольшего электроприемника), А;
I1п – наибольший пусковой ток одного электроприемника в данной группе
(при одновременном запуске группы электродвигателей – суммарный
пусковой ток этой группы), А;
α – коэффициент, зависящий от условий и длительности пускового периода
электродвигателя (электродвигателей), равный –2,5 (за исключением линий с
длительностью пускового периода более 2-2,5сек.-крупные вентиляторы с
большими маховыми массами, лифты и т.п.)
При установке автоматических выключателей на линиях к силовым
электроприемникам, не оборудованным электродвигателями,
коэффициенты не учитываются