Аппараты защиты от токов короткого замыкания и перегруза

 

Аппаратами защиты во внутренних сетях жилых зданий напряжением 380/220 В служат плавкие предохранители и автоматические воздушные выключатели. Силовые электроприемники, кроме них, защищаются от перегрузок (10.3) с помощью тепловых реле, встроенных в магнитные пускатели; Магнитные пускатели осуществляют при этом и защиту от самозапуска. Самозапуск применяется в жилых домах лишь в системах дымоудаления, что следует учитывать при расчете сетей и выборе аппаратов зашиты.

Следует иметь в виду, что главные контакты магнитных пускателей не рас­считаны на отключение токов короткого замыкания (10.2). Кроме того, тепловые реле большинства существующих конструкций магнитных пускателей сами нужда­ются в защите от коротких замыканий (10.1) , так как при прохождении токов короткого замыкания (10.2) нагревательный элемент реле может перегореть быстрее, чем реле успеет отключить двигатель. Поэтому, при применении магнитных пускателей с тепловыми реле для зашиты от перегрузок (10.3), необходимо дополнительно устанавливать в этих цепях плавкие предохранители (10.4) или автоматические выключатели (10.5) для защиты от коротких замыканий(10.1) .

Разрешено считать эти реле термически устойчивыми без проверки расчетом, если ответвление к электроприемнику защищено одним из следующих аппаратов: плавкой вставкой с номинальным током, не превышающим наибольший длительно допустимый ток теплового реле более чем в 4 раза; автоматическим выключателем (10.5) с тепловым расцепителем, номинальный ток которого не превышает наибольший длительно допустимый ток теплового реле более чем в 2 раза. Эти условия предопределяют число и единичную мощность электроприёмников, которые могут соединяться в «цепочку» с одним общим аппа­ратом защиты на ответвлении, но с индивидуальными аппаратами управления и защиты от перегрузок(10.3) для каждого электроприемника.

Плавкие предохранители (10.4) благодаря простому устройству и малой стои­мости получили большое распространение в сетях напряжением до 1 000 В, в том числе и в электрических сетях жилых зданий. Плавкие предохранители (10.4) и плавкие вставки характеризуются номинальным напряжением, номинальным током ипредельно отключаемым током.

 

10.4. Плавкий предохранитель - электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специально предусмотренный для этого плавкой вставки под действием тока, превышающего определенную величину

 

Номинальным напряжением плавкого предохранителя (10.4) называют напряжение, соответствующее наибольшему номинальному напряжению цепей, в которых разрешается установка данного предохранителя. Номинальным током плавкого предохранителя (10.4) называется наибольший ток, на который рассчитаны токоведущие части (патрон, контактные стойки), В один и тог же патрон могут быть вставлены плавкие вставки на различные номинальные токи.

Номинальный ток плавкого предохранителя (10.4) равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных к установке в данном предохранителе. Номинальным током плавкой вставки называется наибольший, ток, который плавкая вставка выдерживает неограниченно долгое время. Предельно отключаемый ток плавкого предохранителя (10.4) наибольший расплавляющий ток, при котором еще обеспечивается гашение дуги без повреждений патрона предохранителя.

В настоящее время применяются почти исключительно предохранители с закрытыми патронами как наиболее безопасные и имеющие высокую коммутационную способность.

Рассмотрим принцип действия наиболее распространенных плавких предохранителей (10.4) серий ПР2 и ПН-2.

Разборный предохранитель с фибровой трубкой серии ПР2 имеет патрон из толстостенной фибровой трубки на концы которой насажены латунные втулки, предохраняющие трубки от разрыва. Плавкие вставки кренятся винтами к ножам, которые в свою очередь закрепляются латунными обоймами, навинчиваемыми на втулки патрона. Патрон в сборе с плавкой вставкой вставляется в контакты, к которым присоединяются подходящие и обходящие проводники, Таким образом, предохранитель оказывается включенным последовательно в рассечку линии. При токе, превышающем определенную величину, плавкая вставка сильно нагревается, а затем расплавляется. Образуется мощная электрическая дута, температура внутри фибрового патрона резко возрастает. С появлением дуги с поверхности фибры происходит интенсивное выделение газов, давление внутри патрона сильно увеличивается, что способствует деионизации пространства и эффективному гашению дуги. Однако высокое давление, развиваемое в патроне, требует его особой прочности, что ограничивает коммутационную способность предохранителей данного типа. В этом отношении предо­хранители с фибровыми патронами сильно уступают предохранителям с наполнителями. Кроме того, они довольно дороги и требуют для изготовления дефицитных материалов и более громоздки, чем предохранители с наполнителями, рассмотренные ниже. Однако предохранители ПР2 имеют преимущество, состоящее в легкости замены плавкой вставки, тогда как в предохранителях с на­полнителями приходится заменять весь патрон.

В настоящее время наибольшее распространение получили предохранители серии ПН - 2 с защитными патронами, наполненными кварцевым песком. Внутри патрона располагается плавкая вставка, В таких «засыпных» предохранителях интенсивному дугогашению способствует разветвление дуги в тончайших промежутках между зернами песка. Обладая большой поверхностью, зерна наполнителя хорошо поглотают тепло и охлаждают выделяющиеся газы.

В результате резко снижается давление в патроне при испарении материала вставки. Деионизация и гашение дуги происходят настолько быстро, что при коротком замыкании ток не успевает достигнуть своего амплитудного значения. Поэтому подобные предохранители являются токоограничивающими. Так, например, предохранитель серии ПН-2 с патронами на 100 и 250А пропускает ток не более 5 кА.

Из распространенных типов предохранителей отметим засыпные предохранители серии НПН, выпускаемые на токи до 60 А. По принципу своего действия они аналогичны предохранителям серии ПН-2.. Для защиты квартирных групповых сетей еще широко применяются плавкие пробочные резьбовые предохранители типа Н-20.

 

Защитные характеристики предохранителей и автоматических выключателей.

Время расплавления плавкой вставки плавкого предохранителя (10.4) зависит от силы тока перегрузки (10.3) . Чем больше ток, тем быстрее, наступает расплавление плавкой вставки. Зависимость полного време­ни отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки и горения дуги) от отключаемого тока называют время токовой или защитной характеристикой.

На рис.(10.1) показаны защитные характеристики предохранителей серии ПН-2, на которых даны предельные величины наименьшего и наибольшего времени отключения при данном токе, т. е. так называемый разброс характеристики. Как видно из характеристик, время срабатывания при одном и том же токе может колебаться в значительных пределах (до ±50%), что зависит от производственных допусков, материала вставки, его старения, состояния контактных соединений, влияния окружающей среды и т. п.

Значительный разброс времена плавления вставок является серьезным недостатком плавких предохранителей (10.4) , затрудняющим селективную работу защиты. Рекомендуется для обеспечения избирательности работы предохранителей, чтобы каждая последующая в сторону источника питания плавкая вставка была на две ступени больше предыдущей, если это не приводит к увеличению сечения проводов. Разница не менее чем на одну ступень является обязательной во всех случаях. Для особо ответственных зданий выбор плавких вставок предохранителей должен производиться с учетом разброса по защитным характеристикам.

Преимущества автоматических выключателей (10.5) перед плавкими предохранителями (10.4) сводятся к следующему.

1. При перегрузе (10.3) или коротком замыкании (10.1) автоматический выключатель (10.5) отключает все три фазы защищаемого ответвления к электродвигателю, предотвращая возможность его работы на двух фазах.

2. Автоматические выключатели (10.5) после срабатывания вскоре снова готовы к работе, в то время как в плавком предохранителе (10.4) требуется замена калиброванной вставки или даже патрона.

3. Автоматические выключатели (10.5) имеют более точные защитные характеристики, чем плавкие предохранители (10.4).

4. Автоматические выключатели (10.5), помимо функций защиты, могут быть использованы для нечастых коммутаций цепей, в которых они установлены. Таким образом, они со­вмещают функций защиты и коммутации.

5.Некоторые типы автоматических выключателей (10.5) имеют встроенные блок-контакты, используемые в цепях блокировки и сигнализации, а также независимые расцепители, позволяющие осуществлять дистанционное управление.

6. Автоматические выключатели (10.5) исключают возможность применения некалиброванных элементов, что, к сожалению, часто практикуется в установках с плавкими предохранителями

10.5. Автоматический выключатель- аппарат, предназначенный для многократного включения и отключения электрических цепей, способный отключать токи короткого замыкания Вернитесь к тексту

 

Наиболее часто применяемые автоматические выключатели (10.5) могут снабжаться тепловыми, электромагнитными или комбинированными расцепителями (последние представляют собой сочетание теплового и электромагнитного расцепителей). Время срабатывания тепловых расцепителей автоматических выключателей (10.5), так же как и плавких предохранителей (10.4), уменьшается с увеличением тока. т. е. они имеют обратно зависимую от тока характеристику. Электромагнитные расцепители срабатывают практически мгновенно при токе, на который они отрегулированы.

Расцепители характеризуются номинальным током, т.е. током, который они выдерживают неограниченно долго, что гарантируется заводом - изготовителем.

Наименьший ток, вызывающий отключение автоматического выключателя (10.5), называется током трогания или током срабатывания. Под уставкой расцепителя понимается настройка его на выбранное значение тока, при котором расцепитель срабатывает. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание называется отсечкой. Важно подчеркнуть, что номинальный ток автоматического выключателя (10.5) характеризует пропускную способность его контактных частей и соответствует но­минальному току его наибольшего теплового расцепителя.

Автоматические выключатели (10.5) разделяются на нерегулируемые и регулируемые. К первым относятся автоматические выключатели (10.5), уставки расцепителей которых отрегулированы на заводе-изготовителе и никаких приспособлений для регулировки в процессе монтажа и эксплуатации не имеют. К ним относятся серии АЗ-100, АЕ-1000, АЕ-2000, АК-63, АБ-25. Другая группа автоматических выключателей (10.5) снабжена приспособлениями для изменения тока установки путем воздействия на механическую систему автомата или на специальное устройст­во, изменяющее время срабатывания автомата (селективные автоматы). Из наи­более распространенных регулируемых автоматических выключателей (10.5) отметим автоматы серий АП50, А3700, АВ и АВМ.