Пример 1. Магистральная линия силовой сети промышленного предприятия напряжением 380/220 В питает группу электродвигателей. Линия прокладывается в помещении бронированным трехжильным кабелем с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией при температуре окружающей среды 25°С. Длительный расчетный ток линии составляет 100 А, а кратковременный ток при пуске двигателей 500 А. Пуск легкий.
Когда вы нажимаете левую кнопку внутрь, вы включаете функцию домашнего хранения. Как известно, автоматические выключатели представляют собой электромеханические технические устройства, которые выполняют функцию защиты и используются для автоматического отключения электрических цепей от аномальных явлений, таких как перегрузка по току, короткое замыкание, минимальное напряжение и реже для ручного переключения цепи.
Эти машины очень надежны, имеют небольшой размер и хорошо вписываются в комнаты и нарды. Особенности конструкции и принцип их действия определяются их назначением и применением. В Европе используются главным образом автоматические выключатели с термо - или магнитным принципом работы. Массивные комбинации объединяют оба способа, чтобы ограничить величину тока, протекающего по цепи.
Необходимо определить номинальный ток плавких вставок предохранителей типа ПН2, защищающих линию, и выбрать сечение кабеля для следующих условий:
а) производственное помещение невзрывоопасное и непожароопасное, линия должна быть защищена от перегрузки;
б) помещение пожароопасное, линия должна быть защищена от перегрузки;
Существуют также полупроводниковые автоматические выключатели с высокой стабильностью параметров настройки и удобством настройки. У точек доступа есть следующие узлы: контактная система, дуговая система, сплиттер, механизм управления и свободный механизм разъединения. Когда подвижный контакт закрыт, нажимается пружина, чтобы быстро открыть контакты, когда он выключен. Механизм открытия предназначен для управления тепловыми и электромагнитными механизмами. Некоторые точки доступа имеют зависящее от времени время задержки.
Задержка выключения уменьшается за счет увеличения тока через точку доступа. Полупроводниковая точка доступа позволяет точно регулировать следующие параметры: номинальный ток, короткое замыкание, время перегрузки в зоне перегрузки, время короткого замыкания в коротком замыкании.
в) линия должна быть защищена только от токов КЗ.
Решение. Определяем величину номинального тока плавких вставок предохранителей, защищающих линию, по длительному току: I вст = 100 А, по кратковременному току: I вст = 500/2,5 = 200 А. Предохранитель типа ПН2-250 с плавкой вставкой на 200 А.
1. Для кабеля с бумажной изоляцией, защищаемого от перегрузки и проходящего в невзрывоопасном и непожароопасном помещении, значение коэффициента защиты k з = 1. При этом длительно допустимая токовая нагрузка на кабель I доп = k зI з = 1х200 = 200 А.
В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока или магнитный усилитель. Коммутационная способность и каскад выключателей. Каскадирование - это термин, который применяется для последовательного включения двух автоматических выключателей в цепи, по крайней мере, выключатель максимального тока имеет предел тока. Каждая точка доступа имеет некоторое ограничение тока, так как отключение тока короткого замыкания всегда связано с возникновением дуги.
Это основано на том факте, что ограничивающий ток эффект переключателя не обязательно связан с исключением. В этом случае, если автоматические выключатели выбраны с характеристиками избирательной защиты, более низкий автоматический выключатель будет выключен быстрее, а контакты верхнего уровня вернутся в положение переключения, тем самым сохранив принцип селективности.
Подбираем трехжильный кабель на напряжение до 3 кВ с алюминиевыми жилами сечением 120 мм 2 для прокладки на воздухе, для которого допустимая нагрузка I доп = 220 А.
2. Для кабеля, проходящего в пожароопасном помещении и защищаемого от перегрузки k2 = 1,25, тогда I доп = 1,25, I3 = 1,25х 200 = 250 А. В этом случае сечение кабеля принимаем равным 150 мм 2 , I доп = 255 А.
К сожалению, эффект последовательного ограничения тока не пропорционален, а меньше, поскольку эффект ограничения тока уменьшается с уменьшением величины ожидаемого тока короткого замыкания. Температура кабеля остается постоянной при постоянном токе, протекающем в течение 2-6 часов в зависимости от кабеля.
Производители кабелей указывают максимальный рабочий ток кабеля в другом приложении, чтобы его температура в установленном режиме не превышала максимально допустимого для типа кабеля. Если превышен максимально допустимый рабочий ток, его температура повышается, а изоляция кабеля быстро возрастает и в какой-то момент разрывается. В коротком режиме с длительностью до 1, 0 с из-за текущего потока нет времени отделять его от окружающей области, но он полностью подходит для повышения температуры кабеля.
3. Для кабеля, защищаемого только от токов КЗ, получим при k з = 0,33 допустимый ток I доп = 0,33I вст = 0,33 х 200 = 66 А, что соответствует сечению кабеля 50 мм и I доп = 120.
Пример 2. От шин главного распределительного щита получает питание силовой распределительный щит с автоматическими выключателями, к которому присоединяются шесть асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели 3 и 4 установлены во взрывоопасном помещении класса В1а, остальные электродвигатели, распределительные пункты и пусковая аппаратура - в помещении с нормальной средой. Технические данные электродвигателей приведены в табл. 1 .
Здесь стоит упомянуть, что есть случаи, когда предохранители предпочтительнее автоматических выключателей, хотя они не предлагают таких точных функций безопасности и удобства работы. Прежде всего, хорошо подобранные предохранители могут обеспечить большую производительность, чем любая точка доступа. Для схем с низким тепловым сопротивлением это имеет решающее значение.
Селективность цепей Принцип избирательности требует, чтобы при отключении двух автоматических выключателей один за другим на цепи и короткое замыкание или перегрузка происходила после низкого напряжения, неисправность отключается от последней. Если при любом текущем значении неисправности мы имеем выключение старшего или обоих автоматических выключателей, тогда происходит «неселективное выключение». Селективность достигается путем выбора соответствующих характеристик двух переключателей. Координация может быть достигнута путем выбора двух основных наборов параметров защитных функций выключателей.
Табл. 1. Технические данные электродвигателей
Режим работы двигателей исключает возможность длительных перегрузок, условия пуска легкие, самозапуск крупных двигателей исключен. Один из двигателей (1 или 2) находится в резерве, остальные двигатели могут работать одновременно.
Токи тепловой и быстродействующей защиты верхнего автоматического выключателя выбираются выше, чем у нижнего. Время матча. Это может быть достигнуто, когда защита высокоскоростного выключателя задерживается во времени. Выравнивание по времени является дополнением к текущему согласованию, поэтому текущие требования к настройке остаются неизменными.
Когда автоматические выключатели настроены только по току, селективность существует до определенного предела - до момента, когда мгновенные характеристики защиты двух автоматических выключателей слишком близки друг к другу. Характеристики удовлетворяются, на селективность нельзя полагаться, или ток настолько велик, что они запускают мгновенную защиту обоих автоматических выключателей. Это наиболее часто встречается при коротком замыкании, когда выключатели находятся близко друг к другу.
Рис. 2. Схема к примеру 2
Требуется определить номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и выбрать сечения проводов и кабеля из условий нагрева и соответствия токам расцепителей.
Решение. Так как температура воздуха в помещениях равна 25°С, то поправочный коэффициент k п = 1, что учитывается при выборе сечений проводов и кабеля.
Только результаты заводских записей могут гарантировать такое расширение избирательности. Улучшение избирательности достигается за счет использования ограничителей тока. Основные рекомендации по выбору. Существует множество особенностей схемы, которые теоретически могут определять максимальное время отключения от частей секунды до десятков минут. Параметры настройки или выбора должны быть рассчитаны таким образом, чтобы избежать ложных смещений. Если ток не опасен, выключение никогда не произойдет.
Все точки доступа должны выбираться в соответствии с несколькими критериями. Первое - их применение. Другим критерием выбора является защитная характеристика АП, выраженная кривой ее срабатывания и количеством полюсов, определяемых нагрузками. Выключатели категории В выбираются для приложений, которые имеют особые требования к избирательности установки. Существуют электрические схемы, в которых это не нужно.
Линия к электродвигателю 1 (или 2). Выбираем комбинированный расцепитель (автоматический выключатель типа А3710Б на 160 А по длительному току линии I д = 73,1 А, равному в данном случае номинальному току электродвигателей (табл. 1 ).
При выборе номинального тока электромагнитного расцепителя автоматического выключателя, встроенного в шкаф, следует учитывать тепловой поправочный коэффициент 0,85. Таким образом, I ном эл =73,1/0,85 = 86 А.
Время выключения составит около 1 часа. При токе, превышающем в 2 раза номинальное значение, электромагнитный блок, работающий, например, через 0, 05 с, может вступить в действие. В 3 раза ток гарантированно управляет электромагнитным блоком и частями секунды.
Характеристика этих точек доступа отличается от А тем, что электромагнитный блок отключается в 2 и более раз от номинального тока. Гарантированное выключение обеспечивается для перегрузки 5 раз для переменного тока и 5 раз для постоянного тока. Они подходят для чисто активных резистивных нагрузок - печей, котлов, ламп накаливания и т.п.
Выбираем расцепитель с номинальным током 100 А и током мгновенного срабатывания 1600 А.
Устанавливаем невозможность срабатывания автомата при пуске: I ср.эл= 1,25х 437 = 550 А, 1600 А > 550 А.
Подбираем одножильный провод с алюминиевыми жилами марки АПРТО сечением 25 мм 2 , для которого допустимая токовая нагрузка равна 80 А. Проверяем выбранное сечение по коэффициенту защиты аппарата. Так как в автоматических выключателях серии A3700 ток уставки не регулируется, то кратность допустимого тока линии должна определяться по отношению к номинальному току расщепителя, в данном случае равному 100 А. Находим значение k з для сетей, не требующих защиты от перегрузки для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой k з=1.
Гарантированная работа электромагнитного блока 10 раз для переменного тока и 15 раз для постоянного тока. Они позволяют включать небольшие электроприборы с электродвигателями. Пусковой ток может быть в 5 раз выше номинального тока. Гарантированная работа электромагнитного блока 15 раз для переменного тока и 20 раз для постоянного тока. Он в основном используется для сильноточных асинхронных электродвигателей, больших трансформаторов, электрических пушек и всех других устройств с пусковым током до 10 раз номинальным.
Области применения также обнаруживаются в трансформаторах низкого напряжения для освещения, маломощных электродвигателей, агрегатов и т.д. Минимальный рабочий ток в 8 раз номинален. Гарантированная работа электромагнитного блока 10 раз для переменного тока и 12 раз для постоянного тока. Минимальный ток для создания электромагнитного блока 2 раза, гарантированно работает с 3-кратным номинальным током переменного тока и 5 раз для постоянного тока в течение 02 секунд. На практике часто выбирается автоматический автоматический выключатель без необходимости делать все необходимые вычисления.
Подставляя числовые значения в соотношение kзI з = 1х100 А >I доп = 80 А, находим, что требуемое условие не выполняется.
Поэтому окончательно выбираем сечение провода равным 50 мм 2 /I доп = 130 А, для которого условие I доп >k зI з выполняется, так как 130 А > 1 х 100 А.
Линия к электродвигателю 3. Двигатель 3 установлен во взрывоопасном помещении класса В1а, в связи с чем:
Вы можете практически ориентироваться на выше. В этом выпуске журнала «Строитель» мы доводим до сведения читателей обзорный материал, посвященный автоматическим выключателям. Мы кратко останавливаемся на их наиболее важных особенностях, принципах работы, технических параметрах, возможностях защиты, избирательности. Мы также рассмотрим текущие тенденции в этой технике. В следующих выпусках журнала мы также предложим дополнительную информацию, касающуюся конкретных производителей и оборудования.
Основным принципом работы автоматических предохранителей является то, что ток проходит через проводящую пластину, состоящую из двух металлических металлов с различным линейным расширением. При нагревании один металл расширяется больше, чем другой, изгиб пластины и размыкание электрической цепи. Когда пластина остынет, ее форма восстанавливается и после нажатия выключателя предохранитель снова включается. Их цель - защитить электрические цепи от повреждений, вызванных перегрузками и короткими замыканиями.
1) за расчетный ток при выборе сечения линии принимается номинальный ток двигателя, увеличенный в 1,25 раза;
2) не разрешается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами; следовательно, линия от магнитного пускателя до электродвигателя должна быть выполнена проводом с медными жилами (марки ПРТО).
Линия к электродвигателю 4. Сечение провода ПРТО от магнитного пускателя до двигателя принято равным 2,5 мм 2 , так как меньшее сечение для силовых сетей во взрывоопасных помещениях не допускается ПУЭ.
В отличие от предохранителей, которые работают один раз, а затем должны быть отремонтированы или заменены новыми, автоматические выключатели поддерживают циклический режим работы. Как только они работают, вручную или автоматически, они возвращаются в исходное положение, чтобы возобновить нормальную работу. На большинстве моделей есть индикация положения включения и выключения. Основное обозначение - цвет. Выключатели доступны в широком диапазоне размеров - от небольших устройств, предназначенных для защиты отдельных электроприборов до мощных промышленных распределительных устройств.
Линии к электродвигателям 5 и б. Расчетный ток линии определяется суммой токов двигателей 5 и 6.
Магистральная линия. Расчетная длительно допустимая токовая нагрузка линии определяется суммой токов всех электродвигателей, за исключением тока одного из электродвигателей (1 или 2): I дл = 73,1 + 69 + 10,5 + 2 х 7,7 = 168 А. Кратковременная токовая нагрузка определяется из условий пуска двигателя 3, у которого толчок пускового тока наибольший: I кр = 448 + 73,1 + 10,5 + 2 х 7,7 = 547 А.
Другим важным признаком классных выключателей является их рабочее напряжение. На основе напряжения они делятся на три категории - низкое, среднее и высокое напряжение. Распределительное устройство, предназначенное для защиты низковольтных электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий, используется под названием «автоматические выключатели». Напротив, защитное распределительное устройство в сетях среднего и высокого напряжения называется только автоматическими выключателями. Помимо различных номинальных токов и напряжений, автоматические выключатели являются одиночными и многополярными в зависимости от системы, в которой они используются, однофазные или трехфазные.
Выбираем электромагнитный расцепитель автоматического выключателя АВМ-4С на 400 А по длительному току линии из условия I ном = 400 А >I дл = 168 А.
Кратковременная токовая нагрузка определяется из условий пуска двигателя 3, у которого толчок пускового тока наибольший:
I кр = 448+73,1 + 10,5+ 2-7,7 = 547 А.
Выбираем ток срабатывания по шкале, зависимой от тока характеристики, 250 А и по шкале, не зависимой от тока характеристики (отсечка с выдержкой времени) 1600 А.
Устанавливаем невозможность срабатывания автоматического выключателя при пуске двигателя 3I срэл= 1,25I кр, 1600 > 1,25х547 = 682 А.
По длительному току линии I дл = 168 А подбираем трехжильный кабель с алюминиевыми жилами на напряжение до 3 кВ сечением 95 мм 2 , с допустимой нагрузкой 190 А.
Для сетей, не требующих защиты от перегрузки, при токе срабатывания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой, обратно зависимой от тока характеристикой I ср.эл = 250 А и k2 = 0,66, I доп > k3I з = 190 > 0,66 х 250 = 165 А.
Следовательно, требуемое условие выполняется. Расчетные данные примера приведены в табл. 2.
Плавкий предохранитель – это классика электротехники в сфере защиты сетей от перегрузок и кз. Хотя в наше время его с успехом заменяют защитные автоматы, есть огромное множество примеров, где плавкая вставка является незаменимым предохранительным звеном в электрической цепи: электронная аппаратура, автомобильная электросеть, промышленные электроустановки, системы энергоснабжения.
предохранители пробкового типа
Пробковые предохранители до сих пор работают во множестве распределительных щитов жилого фонда на пост советском пространстве. Благодаря своей миниатюрности, безотказности, дешевизне, возможности быстрой замены, неизменности характеристик в процессе работы, плавкие предохранители не утратили актуальности, и предлагаемая статья будет полезной, чтобы осуществить выбор предохранителей, которым свойственны такие основные параметры:
- Un – номинальное рабочее напряжение;
- Iвс – номинальный ток плавкой вставки, при превышении которого она перегорает;
- Iп – номинальный ток предохранителя.
Терминология
В электротехнике предохранителем называют устройство защиты от перегрузок по току, имеющее одноразовый компонент, называемый плавкой вставкой, размыкающей электрическую цепь при достижении обусловленных параметров, за счёт расплавления проводника.
Другими словами, электрический предохранитель являет собой многоразовый держатель, в который вставляется одноразовая вставка, плавящаяся при превышении Iвс. В быту эти два термина принято считать идентичными, но в технических описаниях Iп равняется максимально возможному Iвс, так как определённые типы предохранителей предусматривает использование вставных элементов с различнымIвс.
Например, в предохранитель НПН2-60 можно вставлять плавкие вставки с Iвс от 6 до 60А, соответственно его Iп равняется 60А.
предохранители серии НПН разных токов
Принцип работы
Конструктивно одноразовый элемент исполняется в виде проводника малого сечения, заключённого в защитную стеклянную, фарфоровую или пластмассовую оболочку. При значениях, близких к Iвс, происходит тепловыделение, недостаточное для того, чтобы разогреть проводник до температуры плавления из-за рассеивания тепла. При превышении Iвс, происходит расплавление токопроводящего материала и электрическая цепь обрывается.
Существует большая разновидность данных компонентов – от тонких проволок, используемых для защиты электронных приборов, до массивных пластин, предназначенных для работы в цепях с током, превышающим тысячи ампер.
Срабатывание плавкого предохранителя происходит в несколько этапов: разогрев, расплавление и испарение металла, электрическая дуга, гашение дуги. Последний этап означает полное отключение, и чтобы дуга погасла, номинальное напряжение предохранителя не должно быть меньше напряжения сети.
Условия эксплуатации
Температура нагрева плавкой вставки не должна превышать допустимых значений во время длительной эксплуатации предохранителя. Поэтому, Iвс и Iп должны выбираться величиной равной или на одно значение большей номинального тока нагрузки защищаемой сети. Но также следует учитывать, что цепь не должна разрываться при пусковых стартовых перегрузках подключаемых электроприборов.
Например, для старта асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором требуется ток, превышающий семикратное значение номинального, который падает по мере разгона ротора до рабочих оборотов. Время запуска зависит от характеристик каждого конкретного электроприбора.
Время токовая характеристика
Применение предохранителей в цепях с кратковременными перегрузками возможно благодаря тому, что при превышении IBC отключение происходит не сразу, а спустя некоторое время, необходимое на нагрев расплавляемого провода. Период срабатывания зависит от температуры окружающей среды и предназначения предохранителя, который можно узнать по графикам время токовой зависимости. За короткое время перегрузки материал плавящегося элемента не успевает перегреться до момента возврата нагрузки в нормальное значение.
Время токовая характеристика для предохранителей серии ППН, где в зависимости от величины тока указано время их перегорания
Время токовые характеристики предохранителей
Различное время отключения
Разветвление графиков означает работу в горячих (влево) и холодных (вправо) средах. Для ППН с Iвс=25А, при I=100А отключение произойдёт за одну секунду (красные линии). При I=50А понадобится приблизительно 40с. на срабатывание (зелёный цвет на графике).
При I=30А (синие отрезки) предохранитель будет держать нагрузку около получаса (2000с/60м) при высоких температурах. Из графика видно, что в холодных условиях при I=30А он фактически не перегорит никогда. Поэтому, выбор плавких предохранителей стоит осуществлять, сверяясь с его времятоковой характеристикой, узнавая время отключения при определённых условиях.
Расчёт Iвс согласно ПУЭ 5.3.56.
Отношение пускового тока Iп.эд. к Iвс не должно превышать 2,5, иначе предохранитель не выдержит стартовых перегрузок. Этот коэффициент принимается для двигателей с лёгким запуском, а для тяжёлых условий (частые запуски, большое время разгона) применяется отношение 2,0-1,6.
То есть,
Ток запуска электродвигателя указывается в его паспорте, а также на самом корпусе. Допустим, Iп.эд = 60А. Для того чтобы предохранитель выдержал этот ток и исправно защищал от короткого замыкания и длительных перегрузок, по вышеприведённой формуле нужно рассчитать Iвс=60/2,5=24А. Выбираем ближайшее значение из серии ППН – 25А.
Таблица выбора некоторых типов предохранителей
Смотрим на время токовую характеристику, где видно, что время отключения при 60А находится в пределах 10-20с., чего вполне хватает для набора оборотов двигателем.
Допустим у Вас несколько электродвигателей и вам необходимо защитить линию, для этого необходимо:
где — — сумма всех токов одновременно работающих электродвигателей, равна расчетному току в линии;
— пусковой ток эл. двигателя самой большой мощности;
— ток расчетный самой большой мощности из числа работающих эл. двигателей.
После расчета необходимо соблюдать это условие:
Временный предохранитель («жучок»)
Ещё одно замечательное средство плавких предохранителей – возможность его ремонта с помощью подручных средств, но только для временной замены, произведя расчет по сложным формулам, или выбрав диаметр проводника из таблицы:
Таблица для выбора временных плавких вставок
Измерять толщину проволоки нужно микрометром или штангенциркулем. При отсутствии таковых, можно намотать проволоку на карандаш, измерить длину намотки, поделив её на количество витков получить приблизительный её диаметр.