Электрические приборы и электропроводка должна быть защищена от возможных аварийных ситуаций аппаратами защиты, это короткое замыкание, подключение повышенной нагрузки, перенапряжение. Основные функции по защите человека и электропроводки в жилом доме выполняют ВА (выключатели автоматические), УЗО (), ВД (выключатели дифференциальные), УЗИП, РПН ().
Выключатель автоматический (ВА)
Расчет и выбор аппаратов защиты является основой в проектировании электроснабжения частного дома. Основная их функция, это защита от сверх токов короткого замыкания (КЗ ) и при включении повышенной нагрузки. От КЗ предусмотрен электромагнитный расцепитель , от повышенной мощности предназначен тепловой расцепитель .
Когда потребитель выбирает ВА, то он должен знать, что у каждого электрического прибора есть пусковой ток . Это электрический ток, который больше номинального (рабочего) на определенную величину. Данная величина может превышать в 3, 5 или 7 раз номинальный ток электроприбора. Время прохождения пускового тока несколько миллисекунд. Но и этого времени хватит, что бы электромагнитный расцепитель сработал и ВА отключил электрическую сеть. По этой причине автоматические выключатели разделили на несколько типов в зависимости от величин пусковых токов.
- Тип В – (от 3 – 5) In, где In номинальный (рабочий) ток электрического прибора.
- Тип С – (5 – 10) In
- Тип D – (10 – 20) In
К примеру, необходимо установить ВА для асинхронного двигателя. У некоторых типов пусковой ток равен 6 In, значит выбираем ВА, а тип его В и так далее.
При выборе автоматов по типу, то есть по пусковому току необходимо учесть некоторые нюансы. Так автоматы АВВ классифицируются согласно МЭК 60947 – 2 (международный стандарт), где класс К (8 – 14) In, а класс Z (2 – 4) In.
Принцип работы теплового и электромагнитного расцепителя
Рис.1
Корпус ВА (1 ) выполняют из диэлектрического материала, как и рукоятка (2 ), которая служит для его включения. Фиксатор (3 ) предназначен для крепления на DIN-рейку при наличии обыкновенной отвертки (отгибаешь его и устанавливаешь или снимаешь ВА). Биметаллическая пластина (6) основной элемент ВА при защите от повышенной нагрузки. Суть ее в том, что она выполнена из особого сплава и имеет особые физико-технические характеристики и при прохождении через нее тока, который больше рабочего (номинального) тока, она изгибается. В результате данного изгиба она воздействует на элемент (7 ) и ВА отключает электрическую сеть. Это действия теплового расцепителя.
Если в электрической сети появились сверх токи (КЗ), то они проходят через соленоид (9 ), он втягивает сердечник и происходит отключение ВА. Это действия электромагнитного расцепителя .
Основные постулаты при выборе ВА для бытового потребителя
- Когда потребитель покупает в магазине автоматический выключатель, в первую очередь он должен знать длительно допустимый ток кабеля, который он будет защищать.
- При выборе аппаратов защиты (ВА) по тепловому расцепителю необходимо учитывать ток не отключения 1.13 In . Даже если нагрузка превышает номинальный ток в 1.11 раза, то тепловой расцепитель не сработает, а при длительном воздействии данного тока на провод это может привести к нежелательным последствиям.
- Коэффициент 1.45 относительно номинального тока учитывает, когда отключится автоматический выключатель. Для ВА это время примерно через 1 час, но это зависит от многих факторов, внешняя среда, завод изготовитель, количество автоматов, которые расположены. А в это время изоляция кабеля может плавиться. Учитываете этот коэффициент при выборе ВА по номинальному току относительно длительно допустимого тока отходящего кабеля.
По количеству полюсов ВА делятся на одно, двух, трех и четырех полюсные. Так же выбирают ВА по степени защиты, количество контактов, виду установки, наличию токоограничения и так далее.
Номинальные токи автоматических выключателей находятся на наружной панели. Основная линейка для бытовых ВА 6.3, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63 А есть и больше.
Выбор коммутационных аппаратов и аппаратов защиты к электроприемникам производится, исходя из номинальных данных последних и параметров питающей их сети, требований в отношении защиты приемников и сети от ненормальных режимов, эксплуатационных требований, в частности частоты включений и условий среды в месте установки аппаратов.
Выбор аппаратов по роду тока, числу полюсов, напряжению и мощности
Конструкция всех электрических аппаратов рассчитывается и маркируется заводами-изготовителями на определенные для каждого аппарата значения напряжения, тока и мощности, а также для определенного режима работы. Таким образом, выбор аппаратуры по всем этим признакам сводится, по существу, к отысканию на основании данных каталогов соответствующих типов и величин аппаратов.
Выбор аппаратов по условиям электрической защиты
При выборе аппаратов защиты следует иметь в виду возможность следующих ненормальных режимов:
а) междуфазные короткие замыкания,
б) замыкания фазы на корпус,
в) увеличение тока, вызванное перегрузкой технологического оборудования, а иногда неполным коротким замыканием,
г) исчезновение или чрезмерное понижение напряжения.
должна выполняться для всех электроприемников. Она должна действовать с минимальным временем отключения и должна быть отстроена от пусковых токов.
Защита от перегрузки необходима для всех электроприемников с продолжительным режимом работы, за исключением следующих случаев:
а) когда перегрузка электроприемников по технологическим причинам не может иметь места или маловероятна (центробежные насосы, вентиляторы и т. п.),
б) для электродвигателей мощностью менее 1 кВт.
Защита от перегрузки необязательна для электродвигателей, работающих в кратковременном или повторно-кратковременном режимах. Во взрывоопасных помещениях защита электроприемников от перегрузки обязательна во всех случаях. Защита минимального напряжения должна устанавливаться в следующих случаях:
а) для электродвигателей, которые не допускают включения в сеть при полном напряжении,
б) для электродвигателей, самопуск которых недопустим по технологическим причинам или представляет опасность для обслуживающего персонала,
в) для прочих электродвигателей, отключение которых при прекращении питания необходимо для того, чтобы понизить до допустимой величины суммарную пусковую мощность подключенных к сети электроприемников, и возможно с точки зрения условий работы механизмов.
Кроме сказанного выше, электродвигатели постоянного, тока с параллельным и смешанным возбуждением должны иметь защиту от чрезмерного повышения числа оборотов в случаях, когда такое повышение может привести к опасности для жизни людей или к значительным убыткам.
Зашита от чрезмерного повышения числа оборотов может осуществляться различными специальными реле (центробежными, индукционными и т. п.).
Так как в силовых сетях особое значение имеет защита от перегрузки и от коротких замыканий, остановимся несколько подробнее на принципиальной стороне этого вопроса.
Ток короткого замыкания
должен отключаться мгновенно или почти мгновенно. Величина его в различных участках сети может быть весьма различна, но практически всегда можно считать, что аппараты защиты должны уверенно и быстро отключать любой ток, существенно больший пускового, и вместе с тем ни в коем случае не срабатывать при нормальном пуске.
Током перегрузки является любой ток, превышающий номинальный ток электродвигателя, но нет никаких оснований требовать отключения электродвигателя при каждом возникновении перегрузки.
Известно, что определенная перегрузка как электродвигателей, так и питающих их сетей, допустима, и что чем кратковременней перегрузка, тем больше может быть ее величина. Отсюда ясны преимущества для защиты от перегрузки таких аппаратов, которые имеют «зависимую характеристику», т. е. время срабатывания которых уменьшается с увеличением кратности перегрузки.
Поскольку, за очень редкими исключениями, аппарат защиты остается в цепи электродвигателя и при пуске, он не должен срабатывать при пусковом токе нормальной продолжительности.
Из приведенных соображений ясно, что в принципе для защиты от токов короткого замыкания должен применяться безынерционный аппарат, настроенный на ток, существенно больший пускового, а для защиты от перегрузок, наоборот, инерционный аппарат с зависимой характеристикой, выбранный так, чтобы он не срабатывал за время пуска. В наибольшей степени этим условиям удовлетворяет комбинированный расцепитель, сочетающий в себе тепловую защиту от перегрузки и мгновенное электромагнитное отключение при токе короткого замыкания.
С учетом сказанного выше и совокупности требований, предъявляемых к аппаратам управления и защиты, могут быть даны следующие рекомендации.
1. Для ручного управления электроприемниками с малыми пусковыми токами могут быть использованы и предохранители, встраиваемые в различные электроконструкции или распределительные и . Ящики ЯРВ без предохранителей применяются в качестве разъединяющих аппаратов для , магистралей и т. п.
2. Для ручного управления электродвигателями мощностью до 3 - 4 кВт, не требующими защиты от перегрузок, применяются .
3. Для электродвигателей мощностью до 55 кВт, требующих защиты от перегрузки, наиболее употребительными аппаратами являются магнитные пускатели в комбинации с плавкими предохранителями или воздушными автоматами.
При мощности электродвигателей более 55 кВт применяются в комбинации с защитными реле или воздушными автоматами. При этом следует помнить, что контакторы не допускают разрыва цепи при коротких замыканиях.
4. Для дистанционного управления электроприемниками применение магнитных пускателей или контакторов становится необходимым.
5. Для ручного управления электроприемниками при малом числе включений в час возможно использование автоматических выключателей.
сверлильный станок электропривод автоматика
Аппараты управления предназначены для включения, отключения и переключения электрических цепей и электроприемников, регулирования частоты вращения и реверсирования двигателей, регулирования параметров силовых, осветительных, нагревательных и других электроустановок.
Защитные аппараты предназначены для отключения электрических цепей при возникновении в них ненормальных режимов (короткие замыкания, значительные перегрузки, резкие понижения напряжения и др.)
От правильного выбора аппаратуры защиты и автоматики в большей мере зависят надежность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного механизма и электробезопасности людей.
Расчет и выбор коммутационной аппаратуры
Для управления асинхронными двигателями применяем магнитные пускатели. Защита двигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле.
а) Расчёт и выбор магнитного пускателя KМ1 и теплового реле КК1.
Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М1 мощностью
- 12 кВт.
- 1) Определяем длительный ток в линии двигателя по формуле
где I дл - длительный ток, А;
Р д - мощность двигателя, кВт;
U н - номинальное напряжение электродвигателя, В;
з д - КПД двигателя;
cosц - коэффициент мощности.
2) Выбираем тепловое реле КК1.
Тепловое реле устанавливается в 3 фазы цепи двигателя независимо от магнитного пускателя. Тепловое реле выбирается согласно условию
I тр?1.25 I нд, (10)
где I тр - ток теплового реле, А;
I нд - номинальный ток двигателя, А.
По справочнику выбираем тепловое реле, которое устанавливается независимо от магнитного пускателя ТРН-40 I ном =40А, I н.теп.эл. =40А
3) Выбираем провод для линии.
Т.к. линия с тепловым реле, то выбор провода производится с учётом соответствия этому аппарату защиты, т.е. должно выполняться условие
I доп? К зщ I тр, (11)
где I доп - допустимый ток, А;
К зщ - коэффициент защиты.
По справочнику выби раем провод марки ПВ с медными жилами. Провод проложен открыто S=2,5 мм 2 ; I дп =40А
Проверяем выбранный провод с учётом длительного тока нагрузки, т.е. должно выполняться условие
I дп?I доп, (12)
где I дп - допустимый ток провода, А.
4) Выбираем магнитные пускатели KМ1.
Р дв =12 кВт
По справочнику выбираем ближайший по мощности магнитный пускатель марки ПМЕ-3
б)Расчёт и выбор магнитных пускателей KМ2-КМ3
Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М2 мощностью
- 1,5 кВт.
2) Выбираем провод для линии.
I доп?1,25 3,5
S=0.5 мм 2 I дп =11А
Т.к условие выполняется, то провод выбран правильно.
3) Выбираем магнитные пускатели KМ2-КМ3.
Т.к. магнитные пускатели КМ4-КМ5 предназначены для управления этим
двигателем, то расчёт сводим только к одному, например расчитаем магнитный пускатель КМ2, а другой возьмём такой же марки.
Р дв =1,5 кВт
в) Расчёт и выбор магнитного пускателя КМ4
Данные аппараты находятся в силовой цепи двигателя М3 мощностью
- 0,12 кВт.
- 1) Определяем длительный ток в линии двигателя по формуле (9)
2) Выбираем провод для линии.
Т.к. линия без тепловым реле, то выбор провода производится с учётом соответствия этому аппарату защиты, т.е. должно выполняться условие (11)
I доп?1,25 0,47
По справочнику выбираем провод марки ВРГ в поливинилхлоридной оболочке с медными жилами. Провод проложен открыто.
S=0.5 мм 2 I дп =11А
Проверяем выбранный провод с учётом длительного тока нагрузки, т.е. должно выполняться условие (12)
Т.к условие выполняется, то провод выбран правильно.
3) Выбираем магнитный пускатель КМ4.
Р дв =1,5 кВт
По справочнику выбираем ближайший по мощности магнитный пускатель марки ПМЕ-0
1. Требования, предъявляемые при выборе аппаратуры защиты.
При выборе аппаратов защиты бортовых электрических сетей предъявляются следующие требования:
1. Аппараты защиты должны надежно срабатывать и отключать электрические цепи при КЗ и недопустимых перегрузках и не должны давать ложных срабатываний в нормальных режимах.
2. При срабатывании аппараты защиты должны действовать на отключение, при этом действие их должно быть необратимым (не должно быть автоматического повторного включения после устранения перегрузки или КЗ). Повторное включение должно осуществляться вручную.
3. Аппараты защиты должны обеспечивать селективное (избирательное) отключение участка цепи с КЗ. При этом неповрежденные участки системы электроснабжения не должны отключаться. При возникновении КЗ в сети системы электроснабжения аппараты защиты должны производить только те отключения, которые необходимы для устранения КЗ.
4. Чувствительность аппаратов защиты должна быть достаточной, чтобы срабатывать при наименьшей силе тока КЗ в зоне защиты и при опасных перегрузках.
5. Аппараты защиты в системах электроснабжения переменного тока должны реагировать на все виды КЗ: однофазные, двухфазные и трехфазные.
6. Линии переменного тока, питающие непосредственно потребители, для которых не допустимы неполнофазные режимы, должны защищаться трехфазными автоматами.
7. Аппараты защиты должны иметь достаточное быстродействие в целях обеспечения наименьшего времени перерыва питания потребителей, предотвращая возникновение пожара или повреждения элементов системы электроснабжения и нарушения устойчивости ее работы.
8. Для защиты сетей переменного и постоянного тока должны использоваться аппараты защиты, разрешенные для применения во вновь разрабатываемых и модифицируемых изделиях.
Примечание. В основном должны применяться автоматы защиты со свободным расцеплением. Автоматы без свободного расцепления допускается применять в случаях, когда не имеется автоматов защиты со свободным расцеплением с требуемыми характеристиками.
9. Аппараты защиты должны выбираться:
– по номинальному напряжению цепи;
– по величине и характеру токовой нагрузки.
10. Выбранные аппараты защиты должны обеспечить защиту проводов.
11. Выбранные аппараты защиты должны проверяться:
– на устойчивость к токам КЗ (на электродинамическую, термическую устойчивость и коммутационную способность);
– на селективность срабатывания при КЗ;
– на чувствительность к токам КЗ.
Примечание. Аппараты, предназначенные для защиты аварийной системы электроснабжения при питании от аварийных источников, на устойчивость к токам КЗ не проверяются. Эта проверка производится при питании системы от основных источников.
2. Методика выбора аппаратуры защиты.
Аппараты защиты в первичных распределительных сетях должны выбираться с учетом длительной максимальной силы тока линии, числа каналов расщепленной линии с учетом неравномерности распределения токов в проводах расщепленных линий.
Номинальная сила тока аппарата защиты одного канала расщепленной линии первичной распределительной сети определяется по формуле
где I н.а. – номинальная сила тока аппарата защиты расщепленной линии, А;
I л – сила тока линии, А;
a - коэффициент неравномерности токораспределения, для бортовых сетей принимается равным 1,075;
n – число каналов расщепленной линии;
k – число резервных каналов.
Рассмотрим методику выбора аппаратов защиты для вторичной распределительной сети, которая, как известно, обеспечивает питание потребителей электроэнергии непосредственно от шин РУ и ЦРУ.
Аппараты защиты фидеров потребителей электроэнергии должны выбираться исходя из условия обеспечения нормальной работы потребителей при силе тока в цепи, равной или меньше ее номинального значения, а также при неопасных перегрузках (например, при запуске двигателя) в различных условиях окружающей среды (температура, разрежение).
Примечание. Защита потребителей в технически обоснованных случаях должна предусматриваться разработчиком этих потребителей.
Для защиты цепей аппараты защиты должны выбираться с номинальным напряжением, равным или больше номинального напряжения защищаемой цепи.
Аппараты для защиты фидеров потребителей необходимо выбирать с учетом характера работы потребителей.
По характеру работы потребители электроэнергии подразделяются на две основные группы:
– потребители, не имеющие токи большой продолжительной пусковой силы и силы тока перегрузки (осветительные устройства, нагревательные устройства, трансформаторы, цепи управления агрегатами, контакторы, реле и т.п.);
– потребители электроэнергии, включающие электродвигатели (различные электромеханизмы, топливные и масляные насосы, электромашинные преобразователи, вентиляторы и т.д.).
Для фидеров потребителей, не имеющих большой пусковой силы тока, номинальная сила тока аппаратов защиты должна быть равной номинальной силе тока потребителя или иметь большее ближайшее к ней значение:
I н.а. ³ I н.пот , (2)
где I н.пот – номинальная сила тока потребителя, А.
Для фидеров потребителей, включающих двигатели с продолжительным и кратковременным режимом работы, аппараты защиты должны выбираться в соответствии с условиями:
где t пуск. max – время, при котором среднеквадратичная пусковая сила тока потребителя имеет максимальное значение, с;
- время срабатывания аппарата защиты по время-токовой (называют также ампер-секундной) характеристике для условий окружающей среды, в которых находится аппарат защиты при силе тока равной I ср.кв.пуск. max , с;
I ср.кв.пуск. max – максимальное среднеквадратичное значение пусковой силы тока, А.
t пуск. max и I ср.кв.пуск. max определяются по кривой изменения среднеквадратичной пусковой силы тока потребителя во времени. Среднеквадратичная пусковая сила тока для любого момента времени определяется из осциллограммы пусковой силы тока потребителя (Рис. 1)
по формуле
где n t – количество равных интервалов на участке t кривой изменения силы тока при пуске;
I 1 ,…,I nt – средние значения силы тока в интервалах на участке кривой, А.
Примечание. При приближенных расчетах значение I ср.кв.пуск. max для двигателей переменного тока с временем пуска < 1 сек может быть принято равным 0,9 I пуск. (I пуск. – значение пусковой силы тока двигателей, указанное в технических условиях на них), t пуск. max может быть принято равным 0,5 с.
Все вышесказанное иллюстрируется рис. 2а и 2б.
Для потребителей второй группы рекомендуется применять тепловые автоматы защиты. Это объясняется тем, что при защите таких потребителей предохранителями имеются существенные недостатки. Покажем это. На рис. 3 показаны ампер-секундные характеристики автомата защиты и предохранителя с одинаковым номинальным током, выбранным по условию (3). Из рисунка видно, что для автомата защиты условие (3) выполняется, т.к. t a1 (АЗ) > t пуск. max , а для предохранителя – нет, т.к. t a1 (Пр) < t пуск. max .
Если все же необходимо выбрать предохранитель, то чтобы выполнить условие (2), надо увеличить номинальный ток предохранителя. Тогда условие (2) запишется в виде I н.Пр1 > I н.пот. и ампер-секундная характеристика такого предохранителя (Пр1) сдвинется вправо (рис. 4) по отношению к первоначально выбранному предохранителю Пр и теперь условие (3) выполняется, т.е.
t a1 (Пр1) > t пуск. max . Но такое решение имеет существенный недостаток. Пусть имеется ток перегрузки I перегр. , т.е. I н.Пр1 > I перегр. > I н.пот.
Это приведет к тому, что в силу I н.Пр1 > I перегр предохранитель Пр1 не сработает. Но т.к. I перегр. > I н.пот. , то из-за перегрузки потребитель выйдет из строя. Таким образом в диапазоне токов I н.Пр1 < I > I н.пот. потребитель не защищен. Поэтому предохранители рекомендуется устанавливать в цепях, где нет перегрузки.
Если же по каким-либо причинам приходится ставить предохранители, то они должны выбираться так, чтобы максимальное значение среднеквадратичных пусковых сил токов не превышали половины силы тока срабатывания предохранителей , определенного по защитной характеристике в течение времени, равного t пуск. max , т.е.
в соответствии с рис. 2б.
Для защиты фидеров потребителей с повторно-кратковременной или импульсной нагрузкой номинальная сила тока аппаратов защиты должна выбираться из условия:
где I ср.кв.u – среднеквадратичная сила тока потребителя за время цикла действия повторно-кратковременной или импульсной нагрузки, А;
Время срабатывания аппарата защиты по время-токовой характеристике для условий окружающей среды, в которых находится аппарат защиты, при (I ср.кв.u ) max ;
(t u ) max – время, при котором среднеквадратичная сила тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки имеет максимальное значение, с;
(I ср.кв.u ) max – максимальное значение среднеквадратичной силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки, А.
(t u ) max и (I ср.кв.u ) max определяются по кривой изменения среднеквадратичной силы тока нагрузки во времени. Для любого момента времени (I ср.кв.u ) t определяется из осциллограммы силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки по формуле:
где I ср.кв. 1 ,…,I ср.кв.k – среднеквадратичные значения силы тока импульсов, А;
t 1 ,…,t k – длительность импульсов, с;
t ц – время цикла действия импульсной или повторно-кратковременной
нагрузки.
I ср.кв. 1 ,…,I ср.кв.k определяются по формуле, аналогичной (4), причем n в данном случае будет обозначать количество равных интервалов на участке тока импульса.
Предохранители должны выбираться так, чтобы максимальные значения среднеквадратичной силы тока импульсной или повторно-кратковременной нагрузки не превышали половины силы тока срабатывания предохранителей, определенной по защитной характеристике в течение времени, равного (t u) max (Рис. 5).
Для защиты фидеров, питающих группу потребителей, номинальная сила тока аппаратов защиты должна выбираться с учетом номинальной силы тока потребителей и одновременности их работы в соответствии с условием:
где I н.пот. – номинальная сила тока одновременно работающих потребителей.
Загрузка...
