Расчет и выбор предохранителей. Условия выбора плавких предохранителей
Сторінка 37 з 54
16.5. ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска. В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.
Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать 7/НОм. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току двигателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относительно небольшой инерцией механизма время разгона двигателя составляет 1 с. Процесс разгона центрифуги происходит значительно медленней из-за большой инерции механизма, и длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происходить старения под действием этих токов. Экспериментально установлено, что старение плавкой вставки не происходит при токах, равных половине тока плавления. Согласно рис. 16.7 вставка предохранителя ПН-2 при времени 1 с плавится при токе, равном 5/Ном- Вследствие производственных допусков времятоковая характеристика имеет разброс (штриховые кривые). Если пуск длится 1 с, то среднее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 тока плавления вставки за это же время. Таким образом, пусковой ток /п связан с током вставки соотношением /п=0,5/Пл = 0,5-5/в,ном и, следовательно,
^в.ном - 0>4/п,
т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому току нагрузки.
Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги), или в повторно-кратковременном режиме, когда пуски происходят с большой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом.
Рис. 16.7.
Наряду с проверкой вставки по условиям пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить проверку по условиям КЗ. При /к11в,ном^Ю-т-15 время перегорания вставки не превышает 0,15-0,2 с, и на этом времени мало сказывается разброс характеристик вставок. При таком времени сваривание контактов контактора или магнитного пускателя маловероятно. Однако это требование часто не удается соблюсти, так как кратность ]к/1в,иом определяется мощностью питающего трансформатора и сопротивлением токопроводящих проводов и кабелей. Допускается применение предохранителей при кратностях Л(//в,ном^З-4. При такой кратности время отключения может достигать 15 с, что создает опасность для обслуживающего персонала, так как при этой кратности напряжение прикосновения может оказаться опасно большим. При такой низкой кратности /к11в,ном нагрев провода при небольших перегрузках (1,6-2) может быть очень большим II может приводить к выгоранию изоляции . Поэтому установка плавких вставок с большим запасом может допускаться только в крайних случаях, когда выгорание изоляции проводников не грозит пожаром (провода уложены в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).
В заключение следует указать, что номинальное напряжение предохранителя £/Ном,пр должно быть равно номинальному напряжению сети Umu,c.
В качестве примера рассмотрим выбор предохранителей для ряда двигателей, питающихся от общего распределительного щита РЩ (рис. 16.8).
Выбор плавкой вставки для каждого предохранителя проводится, как указывалось выше.
б) Выбор предохранителей по условию селективности.
Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранителей (рис. 16.9), которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.
Предохранитель FU1, пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель FU2, установленный у одного из потребителей. При КЗ необходимо, чтобы повреждение отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику, должны остаться работоспособными. Такая согласованность работы предохранителей называется избирательностью или селективностью.
Для обеспечения селективности полное время tp2 работы предохранителя FU2 должно быть меньше времени нагрева предохранителя FU1 до температуры плавления его вставки.
Из (16.1), (16.5) можно получить для предохранителей закрытого типа (ПН-2)
После простейших преобразований получим условие селективности для предохранителей с гашением дуги в закрытом объеме
Для закрытых предохранителей с мелкозернистым наполнителем и медной вставкой селективность соблюдается при 9i/<72>1>55. Указанные соотношения справедливы и для случая токоограничивающих предохранителей, когда ток КЗ длится только долю полупериода.
Рассмотренный расчет носит приближенный характер, так как не учитывает конкретные характеристики данной конструкции предохранителя и отклонения реальных характеристик от номинальных из-за производственных допусков.
Для обеспечения селективности наименьшее фактическое время срабатывания предохранителя FUI (на больший ток) должно быть больше наибольшего времени срабатывания предохранителя FU2 (на меньший номинальный ток):
где Гср.б, tcv.m - времена срабатывания предохранителя на больший и меньший номинальные токи, соответствующие номинальной характеристике.
Время срабатывания предохранителя из-за производственных допусков может отклоняться от номинального на ±50%. Тогда приведенное неравенство можно записать в виде
Множители 0,5 и 1,5 учитывают, что предохранитель FU1 взят с отрицательным допуском по времени срабатывания, а предохранитель FU2 - с положительным. В результате получим необходимое условие селективности
т.е. для селективной работы время срабатывания предохранителя на больший ток должно быть в 3 раза больше, чем у предохранителя на меньший ток.
Неравенство (16.6) учитывает крайний случай, когда время работы предохранителя на больший поминальный ток имеет наименьшее значение, а у предохранителя на меньший номинальный ток - наибольшее значение. На основании (16.6) составлена табл. 16.4. Для данной вставки с током /ном.м вставка на больший ток берется з зависимости от кратности тока. Так, при /к//ном,м=Ю при токе /ном,м = 30 А вставка предохранителя на больший ток должна быть выбрана на 50 А.
Если нарушение селективности не ведет к серьезным нарушениям работы защищаемой установки, то при выборе вставок отклонение характеристик предохранителей от номинальных можно принимать ±25%.
в) Выбор быстродействующих предохранителей для защиты полупроводниковых приборов. 1. Полный джоулев интеграл при отключении предохранителя (/2/)0ткл,пред должен быть меньше допустимого джоуле-вого интеграла полупроводникового прибора (/А")приб- На рис. 16.10 представлена схема мощной выпрямительной установки. В каждом плече моста установлено по пять диодов, каждый из которых защищен предохранителем FU. При пробое диода VD,t ток КЗ /„, обозначенный пунктиром, замыкается через VDH в обратном направлении и закорачивает две фазы.
Рис. 16.11. Зависимость преддуговых интегралов от тока предварительной нагрузки
Рис. 16.10. Защита полупроводниковых диодов в мощной выпрямительной схеме
Предохранитель FU срабатывает, поврежденный диод отключается, и схема продолжает нормальную работу с некоторой перегрузкой диодов.
Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки I вс. При этом должны быть выполнены условия:
1. номинальный ток плавкой вставки должен быть более или равен
максимальному расчетному току данной цепи в рабочем режиме, т.е.
I вс ≥ I р
2. плавкая вставка не должна перегореть во время пуска самого мощного
электродвигателя, подключенного к данной цепи.
I вс =
где I пик – пиковый ток, А. Дать определение пикового тока
а) для одного асинхронного двигателя I пик = I п = k п · I н
где k п – кратность пускового тока
б) для многодвигательного привода, а также группы ЭП
I пик = I п. макс + k о ·
где I п.макс – наибольший пусковой ток приемника
k о – коэффициент одновременности (при отсутствии
данных k о = 1)
- сумма расчетных токов оставшихся ЭП группы
в) для РП или магистрали
I пик =
где I мах – максимальный расчетный ток РП или магистрали
k и и I н.макс – коэффициент использования и
номинальный ток ЭП группы, имеющего
наибольший пусковой ток
К П – коэффициент кратковременной перегрузки вставки
К П = 2,5 при легком пуске (без нагрузки)
К П = 1,6…2.0 при тяжелом пуске (с нагрузкой)
К П = 2,75…3 при защите предохранителями групповой
осветительной сети с лампами накаливания
мощностью > 500 Вт
3. номинальный ток плавкой вставки должен быть менее или равен
трехкратному значению допускаемого тока провода (рассчитанного по нагреву).
I в < 3I доп. пр.
2.2.5.3 Автоматы (Принести автомат)
Автоматические выключатели или автоматы .
применяют для защиты элементов сети от токов к.з. и в качестве оперативных коммутационных аппаратов. Управление автоматами может быть ручным и дистанционным. Автоматы выпускают в одно-, двух – и трехполюсном исполнении для сетей постоянного и переменного тока.
Основными элементами автоматов, выполняющими их защитные функции при ненормальных режимах в цепи, являются расцепители, при срабатывании которых автомат отключается мгновенно или с выдержкой времени. Автомат может иметь один или несколько расцепителей.
По принципу действия расцепители разделяются на электромагнитные (М), тепловые или термобиметаллические (Т) и комбинированные (МТ). Как правило, автоматические выключатели имеют встроенные в них расцепители.
Существуют расцепители максимального тока, которые срабатывают при токе, большем уставки тока срабатывания; расцепители минимального напряжения, которые срабатывают, когда напряжение на катушке становится меньше заданного и расцепители независимые, которые срабатывают без выдержки времени, когда на их катушку подано напряжение.
Для защиты от КЗ применяют электромагнитные расцепители мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность действия. Одновременная защита сети от КЗ и перегрузки осуществляется за счет применения комбинированных расцепителей, состоящих из двух элементов – для защиты от КЗ и перегрузок.
Автомат характеризуют следующие показатели:
Номинальное напряжение U н
Номинальный ток автомата I н.а. – максимальный длительный ток его
главных контактов
Ток срабатывания автомата I ср.а – наименьший ток, при котором автомат
отключает цепь
Предельный ток отключения I пр.а – наибольший ток, который можно
отключить автоматом
Номинальный ток расцепителя I н.р. – максимальный длительный ток, при
котором расцепитель не срабатывает
Ток уставки расцепителя I у – наименьший ток срабатывания расцепителя,
на который тот настраивается
Ток уставки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя
I у.м. = I о, называемый током отсечки
Автоматы делятся на неселективные со временем срабатывания 0,02…0,1 с, селективные с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие со временем срабатывания не более 0,005 с
Межремонтный срок для предохранителей не определен. Предохранители ремонтируют обычно одновременно с остальным оборудованием подстанции и при выявлении дефектов, требующих их устранения. Плановый ремонт начинается с очистки от пыли и грязи опорных изоляторов с контактами и патрона. Затем путем внешнего осмотра проверяют целость фарфоровой изоляции и армировки латунных колпачков на торцах патронов. Треснутые опорные изоляторы и патроны заменяют, а нарушенную армировку восстанавливают. Проверяют также плотность соприкосновения контактных поверхностей колпачков или ножей с пружинящими контактами. При необходимости подгибают контактные зажимы и железную скобу. Если медь зажимов в результате перегрева потеряла упругость, контакты заменяют. Нажимая на цилиндрический указатель срабатывания предохранителя ПКТ, проверяют легкость его движения внутрь патрона. При необходимости предохранитель заменяют. Кроме того, проверяют качество соединений предохранителей с ошиновкой. Плохой контакт вызывает превышение допустимой температуры контактных зажимов патрона, плавкой вставки и может привести к ошибочному срабатыванию предохранителя. В процессе ремонта необходимо проверить соответствие номинального напряжения и тока предохранителя напряжению и максимально допустимому току перегрузки защищаемой установки или участка сети, так как в противном случае могут быть ошибочные отключения или повреждения защищаемой установки. Перезарядку предохранителей с кварцевым наполнителем выполняют в ремонтных мастерских в соответствии с заводской инструкцией. При ремонте предохранителей ПК следует осмотреть фарфор и армировку на торцах патрона и латунных колпачков. Поврежденную армировку восстановить. Проверить плотность соприкосновения контактных поверхностей латунных колпачков или ножей с пружинным неподвижным контактом. Плотность соприкосновения достигается подгибанием контактных зажимов. Если контакт от перегрева потерял упругость, его заменяют. Указатель срабатывания состоит из металлической крыши с втулкой, внутри которой помещена спиральная пружина. Один конец закреплен к дну втулки, второй - к головке указателя и снабжен небольшим крючком, который зацепляют на находящуюся внутри указателя проволоку, которая, перегорая, выбрасывает головку. Проверяют контактные соединения с ошиновкой. В конструкции предохранителя с кварцевым заполнением предусмотрена многократная перезарядка, которая выполняется квалифицированным персоналом в ремонтных мастерских согласно заводским инструкциям. Целостность плавкой вставки проверяют контрольной лампой. Полноту засыпки кварцевого песка проверяют легким встряхиванием. Старый песок оставляют в исключительных случаях, если он не спекся и не отсырел (влажность меньше 0,05 %). Размер песчинок должен быть 0,5- 1 мм. Колпачки крепят на цементном растворе (марки 400-500), чтобы не допустить проникновения влаги в патрон.
4.4 Условия выбора предохранителей.
а) Номинальное напряжение. Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок U ВС.НОМ независимо от места установки должно выбираться равным номинальному напряжению сети.
б) Предельно отключаемый ток. Предельно отключаемый ток плавкой вставки I вс.пр. должен быть равен или больше максимального расчетного тока короткого замыкания I к.з.макс. , проходящего по цепи, защищаемой предохранителем. Если это условие не будет выполнено, дуга, возникающая при перегорании плавкой вставки, может не погаснуть, а предохранитель в результате ее длительного горения разрушится. Таким образом, вторым условием является
в) Номинальный ток. Номинальный ток плавкой вставки следует во всех случаях выбирать минимальным. При этом плавкая вставка не должна перегорать при прохождении по ней максимального длительного тока нагрузки I н.макс При переменной нагрузке плавкая вставка не должна также перегорать при кратковременных перегрузках, когда в защищаемой сети проходит ток, превышающий максимальный ток длительной нагрузки. Кратковременные перегрузки могут быть вызваны пуском или самозапуском электродвигателей, технологическими перегрузками механизмов, вращаемых электродвигателями, и другими причинами. Перегорание предохранителей в указанных случаях недопустимо, так как перегрузки по прошествии небольшого времени (2-10 с) ликвидируются и восстанавливается нормальный режим. Для выполнения этого условия номинальный ток плавкой вставки выбирают таким, чтобы при прохождении по ней тока перегрузки I пер. время ее перегорания было больше времени перегрузки.
Это означает, что в случае повреждения, например, одного из электродвигателей (в точке К на рис. 2-3) должен перегореть только предохранитель П 3 и не должны перегорать предохранители П 1 , и П 2 , а также не должна срабатывать релейная защита РЗ, установленная на выключателе. Иначе говоря, для правильной ликвидации повреждений все последовательно установленные предохранители и релейная защита должны быть селективны.Для проверки селективности необходимо сопоставить характеристики плавких вставок во всем диапазоне токов, возможных как при перегрузках, так и при коротких замыканиях.
Защитная характеристика предохранителя может быть задана заводом-изготовителем в двух видах: либо как полное время отключения, равное сумме времен плавления вставки и горения дуги, либо отдельно как время плавления и время горения дуги. Строго говоря, при проверке селективности двух последовательно включенных предохранителей следовало бы сравнивать время плавления вставки, установленной ближе к источнику питания, с полным временем отключения вставки, установленной дальше от источника питания. На практике же обычно используют одинаковые характеристики полного времени отключения, поскольку время горения дуги невелико, а разбросы времени плавления и отключения перекрывают неточность расчетов.
При выполнении расчетов следует учитывать возможный разброс характеристик из-за отклонения размеров вставки, состояния контактов и поверхностей вставок, температуры окружающей среды и других факторов. Разброс защитных характеристик предохранителей на напряжение ниже 1 000 В достигает 50%. Такой разброс и следует принимать при проверке селективности плавких вставок.
Для проверки селективности заводские характеристики плавких вставок перестраивают в расчетные, как показано на рис. 2-4. Возможные времена отключения при определенных токах находятся в пределах области, ограниченной построенными кривыми. В соответствии с возможной погрешностью ±50% селективность между двумя смежными предохранителями обеспечивается, если определенное по заводской характеристике время перегорания большего предохранителя не менее чем в 3 раза превышает время перегорания по характеристике меньшего предохранителя.
|
|
При анализе характеристик однотипных предохранителей селективность следует проверять при максимальном токе трехфазного короткого замыкания. Если селективность при этом токе обеспечена, она будет обеспечена и при всех меньших значениях токов.
У разнотипных предохранителей селективность следует проверять во всем диапазоне токов - от тока трехфазного короткого замыкания в месте установки дальнего предохранителя до поминального тока вставок.
Если защитные характеристики плавких вставок неизвестны, рекомендуется метод согласования характеристик предохранителей, основанный на сопоставлении площадей сечения плавких вставок с учетом материала, из которого они изготовлены.
Для проверки селективности по этому методу необходимо знать тип, материал и площадь сечения плавких вставок, между которыми производится согласование. Если площадь сечения плавкой вставки 1, расположенной ближе к источнику питания, s 1 , а вставки 2, расположенной дальше от источника питания, s 2 , то определяется отношение этих площадей
Полученное значение а сравнивается с данными табл. 2-1. Если а равно или больше величины, приведенной в таблице, то селективность между рассматриваемыми предохранителями обеспечивается.
|
|
Для селективного действия последовательно установленных вставок высокого напряжения типа ПК необходимо, чтобы их номинальные токи различались не менее чем на одну ступень шкалы.
При проверке селективности вставок по их защитным характеристикам в сети напряжением выше 1000 В следует иметь в виду, что их разброс регламентируется следующим образом: для любого времени отключения отклонения в величине тока не должны превосходить20%. Построение расчетных характеристик для таких предохранителей показано на рис. 2-5.
При проверке селективности предохранителей, установленных на разных сторонах трансформатора, следует учи тывать, что по предохранителям будут проходить токи разной величины.
где - коэффициент трансформации трансформатора. е) Выбор плавких вставок в схемах вторичных цепей Номинальный ток плавкой вставки, устанавливаемой в цепях оперативного тока или во вторичных цепях трансформаторов напряжения, принимается согласно следующему выражению:
где I H - максимальный ток нагрузки. Ток I H может быть определен непосредственным измерением в режиме, когда включены все реле и приборы, которые могут одновременно питаться от данных цепей напряжения или оперативного тока. Величину максимального тока нагрузки можно также определить расчетом по известным величинам потребления каждого реле и прибора. Например, для трансформатора напряжения, к зажимам вторичной обмотки которого, соединенной в звезду, подключены реле и приборы на фазные и междуфазные напряжения, максимальный ток нагрузки может быть с некоторым запасом определен по следующему выражению [Л. 86]:
где Р ф - потребление нагрузки, подключенной на фазные напряжения, В*А; -соответственно наибольшее и наименьшее потребление нагрузки, подключенной между двумя фазами, В*А; U ф - фазное напряжение, В. Для надежного сгорания вставки в случае короткого замыкания отношение тока короткого замыкания к ее номинальному току должно быть не меньше 5-10. Плавкие предохранители в цепях электромагнитов включения устанавливаются для защиты последних от длительного прохождения тока. Номинальный ток этих вставок принимается равным 0,3-0,4 максимального тока, проходящего в цепи включения.
Загрузка...
