Условия выбора плавких предохранителей

Согласование с вышестоящими защитами.

Предположим наша ТП питается от вышестоящей РП 6 кВ через фидер 1 (см. Рис. 2). На фидере 1 установлена защита с независимой характеристикой.

Рис. 2

Ориентировочные уставки защиты фидера 1:

Так как фидер питает одну ТП, то максимальный рабочий ток фидера можно принять равным максимальному рабочему току трансформатора.

 

Помним, что такая же уставка МТЗ будет у вводного автомата 0,4 кВ потому, что она тоже отстраивается от максимального рабочего тока трансформатора. Для согласования чувствительности защит примем ток защиты фидера на 10% больше.

Стандартное время МТЗ защиты фидера на городских ТП примерно 1 с.

Теперь, используя Гридис-КС, построим карту селективности защиты фидера и нашего предохранителя

Рис. 3

Как видно из карты защитные кривые пересекаются, причем при минимальных токах КЗ на стороне 0,4 кВ защита фидера будет работать быстрее, неселективно отключая ТП. Изменить эту ситуацию не получится потому, что для этого нужно двигать кривую защиты фидера «вверх и вправо». Вверх нельзя потому, что там уже стоит защита СВ 6 кВ РП со своими выдержками времени, и их менять нельзя. А вправо не получится потому, что мы перестанем резервировать КЗ за трансформатором (минимальный Кч.рез.=1,2)

Если даже попытаться подобрать зависимую характеристику на фидере, то придется многим пожертвовать. Например, защитой от перегрузки фидера. Она просто исчезнет из-за увеличения начального тока характеристики.

Рис. 4

Например, на Рис. 4 подобрана нормально инверсная характеристика с начальным током 240 А, вместо 85,1 А, иначе полной селективности добиться сложно. Можно конечно попробовать подобрать другой наклон и начальный ток кривой, но из графика видно, что оптимально все равно не получиться.

Есть и еще одна проблема. Как только вы примете на фидере зависимую характеристику защиты, то она перестанет согласовываться с независимой характеристикой СВ и ввода РП.

В итоге получаем, что при использовании предохранителя 6 кВ на практике невозможно добиться полной селективности с вышестоящими защитами. Это тоже не очень хорошо

Виды и типы плавких предохранителей

Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:

  • наполненные с маркировкой ПН-2; ППН, НПН и т. п.;
  • ненаполненные (ПР-2).

Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после её исчезновения. Поэтому в колбах, наполненных ПП, находится кварцевый песок. Ненаполненные способны выделять газы, гасящие дугу. Это происходит при нагреве материала корпуса вставки.

Кроме типов, различают виды ПП:

  1. Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
  2. Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
  3. Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
  4. Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
  5. Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
  6. Кварцевые, с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
  7. Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

В зависимости от общей нагрузки на сеть устанавливают разные виды ПП — более мощные ставят в специальных трансформаторных будках, они могут выдерживать ток, обеспечивающий потребности жилого массива иди предприятия. Маломощные монтируют в счетчиках: они защищают отдельные квартиры. В старых бытовых приборах тоже может быть установлен ПП (слаботочный), но современная техника содержит эти элементы редко.

Проверка работоспособности

Современные автомобильные предохранители иногда имеют встроенный индикатор перегорания. Он сообщает владельцу, что деталь нужно заменить. В слаботочных ПП через прозрачный корпус видно проволоку. Но часть ПП непрозрачна и не имеет индикаторов.

Если визуально определить разрыв проводника внутри ПП невозможно, то определить его работоспособность можно мультиметром. Перед тем как проверить предохранитель тестером, нужно выбрать минимальное значение сопротивления (Ом). Щупы тестера приложить к контактам ПП и определить показания прибора:

  • при нулевом или близком к 0 значению сопротивления делают вывод о работоспособности вставки;
  • если тестер показывает 1 или знак бесконечности, то ПП сгорел.

Если у тестера есть звуковое устройство, можно просто прозвонить предохранитель, приложив щупы к контактам. Писк тестера свидетельствует об исправности элемента.

2-3. Выбор предохранителей

а) Номинальное напряжение
Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок UВС.НОМ независимо от места установки должно выбираться равным номинальному напряжению сети Uc:

Действительное напряжение сети не должно превышать номинального напряжения предохранителя больше чем на 10%. Установка предохранителей на меньшее номинальное напряжение, чем напряжение сети, не допускается во избежание возникновения короткого замыкания, так как изоляция каждого предохранителя рассчитана на определенное напряжение.
Установка предохранителей на большее номинальное напряжение, чем напряжение сети, также не рекомендуется. Дело в том что длина плавкой вставки для обеспечения надежного гашения дуги, возникающей при ее перегорании, тем больше, чем выше напряжение. С увеличением длины плавкой вставки, имеющей тот же номинальный ток, изменяются условия гашения дуги и ухудшается защитная характеристика вставки.

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Внутри вставки предохранителя находится проводник из чистого металла (меди, цинка и пр.) или сплава (стали). Защита цепей основана на физическом свойстве металлов нагреваться при прохождении тока. Многие сплавы обладают и положительным коэффициентом термического сопротивления. Его эффект заключается в следующем:

  • когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
  • большая сила тока приведёт к нагреву проводника, при этом, рассчитанный на определённое значение силы тока предохранитель, разрушится.

На этом свойстве основана расплавление тонкой проволочины, помещенной в электрический предохранитель. В зависимости от сферы применения форма и сечение проводника могут быть разными: от тонкой проволоки в бытовых и автомобильных приборах до толстых пластин, рассчитанных на силу тока в несколько тысяч ампер (А).

Компактная деталь защищает электрическую цепь от перегрузки и короткого замыкания. При превышении допустимого для сети (т. е. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи. Восстановить её работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя сохранить целостность прибора и указать на наличие проблемы. Если в сети произошло короткое замыкание, защитное устройство срабатывает так же.

Выбор предохранителей для защиты силовых трансформаторов

Основные условия выбора плавких предохранителей силовых трансформаторов является следующие параметры.
Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети:

Плавкие предохранители в СССР выпускались на номинальные напряжения, соответствующие ГОСТ 721—77, в том числе на 6; 10; 20; 35; 110 кВ. Номинальное напряжение указывается в наименовании предохранителя, например ПК-6, ПК-10, ПСН-10, ПСН-35 и т. п.

Установка предохранителя, предназначенного для сети более низкого напряжения, т. е. создание условия Uном пр
Номинальный ток отключения выбранного предохранителя должен быть равен или больше максимального значения тока к. з. в месте установки предохранителя:

Применительно к силовым трансформаторам ток /к. макс рассчитывается для трехфазного к. з. на выводах высшего напряжения трансформатора, т. е. там, где установлены плавкие предохранители. При этом режим питающей системы принимается максимальным, что соответствует наименьшему сопротивлению питающей системы до места подключения рассматриваемого трансформатора. Следует учитывать также подпитку места к. з. электродвигателями, включенными на той же секции, что и рассматриваемый трансформатор.
Номинальные токи отключения указаны в ГОСТ и заводских информация.

Предохранители напряжением свыше 1000 В выпускаются с номинальным током отключения от 2,5 до 40 кА (ГОСТ 2213—70). (Прежнее наименование номинального тока отключения — предельно отключаемый ток.)

Выбор плавких предохранителей 10 кВ для защиты трансформаторов

  1. По номинальному напряжению: т. е. номинальное напряжение предохранителя Уном.пр дол­жно соответствовать номинальному напряжению сети: Uном = Uном.с
  2. По номинальному току отключения: Iо.ном >= Iк.макс т. е. номинальный ток отключения предохранителя по его паспортным данным должен быть больше или равен максимальному значению тока к. з. в месте установки предохранителя. При расчетах токов к. з. следует учитывать подпитку места к. з. электродвигателями.
  3. По номинальному току. Номинальный ток предохранителя равен номинальному току заменяемого элемента. Заменяемым, элементом предохранителя с мелкозернистым наполнителем, например типа ПК, считается патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким.1 элементом, указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях.

Номинальный ток предохранителей, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, выбирается по таблице

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких вставок 1ном вс предохранителей для трехфазных силовых трансформаторов
6/0,4 и 10/0,4 кВ

Номинальный ток, А
Мощность трансформатора, кВ* А трансформатора на стороне плавкой вставки на стороне
0,4 кВ 6 кВ 10 кВ 0,4 кВ 6 кВ 10 кВ
25 36 2,40 1,44 40 8 5
40 58 3,83 2,30 60 10 8
63 91 6,05 3,64 100 16 10
100 145 9,60 5,80 150 20 16
160 231 15,4 9,25 250 32 20
250 360 24,0 14,40 400 50 40
400 580 38,3 23,10 600 80 50
630 910 60,5 36,4 1000 160 80

Примечание Предполагается, что на стороне 0,4 кВ применены предохранители типа ПН-2, на стороне 6 кВ—типа ПК-6, на стороне 10 кВ—типа ПК-10.

Недостатки защиты трансформаторов на предохранителях

Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети

Читать так же:

  • Основные виды релейных защит трансформаторов
  • Газовая зашита силового трансформатора 
  • Принцип  действия дифференциальной защиты трансформатора

Принцип действия плавких предохранителей

Принцип действия одноразовых защитных устройств очень простой. Внутри каждого из них находится калиброванная проволока, соединяющая контакты. Если значение тока не превышает предельно допустимых норм, происходит ее нагрев примерно до 70 градусов. Когда электрический ток превышает установленный номинал, нагрев проволоки существенно увеличивается. При определенной температуре она начинает плавиться, в результате чего происходит разрыв электрической цепи. Перегорание проводка происходит практически мгновенно. Из-за этого предохранители и получили свое название – плавкая вставка.

В разных конструкциях плавкой вставки предохранителя подбирается таким образом, чтобы срабатывание происходило при установленном значении тока. В процессе эксплуатации плавкие предохранители периодически выходят из строя и подлежат замене. Как правило их не ремонтируют, однако многие домашние мастера вполне успешно проводят их реставрацию.

Поскольку перегорает лишь сама проволока, а корпус остается целым, необходимо заменить ее и устройство продолжит выполнять свои функции. Новые технические характеристики зачастую не только не уступают старому прибору, но и во многом превосходят его, поскольку качество ручной сборки всегда выше заводской. Основным условием является правильный выбор материала проводника и расчет его сечения.

Время токовая характеристика, основные параметры графика

Учет влияния температуры

В отличие от защитной характеристики плавкой вставки предохранителя у автоматического выключателя график ВТХ представлен двумя линиями:

Зона между этими двумя крайними графиками выделена цветом. При работе автоматического выключателя следует учитывать, что он может находиться где-то внутри показанной зоны. В этом случае время отключения аварийных токов несколько сокращается в прогретом состоянии и увеличивается в холодном. За счет этого создается разброс параметров срабатывания.

Температура конструктивных элементов может оказывать значительное влияние на время срабатывания автомата. Особенно актуальным это становится при проведении электрических проверок, требующих нескольких измерений. Для их повторов необходимо обеспечивать время на остывание защит до +30 градусов.

Деление ВТХ на зоны

Автоматические выключатели строго разделяют по зонам время токовой характеристики для выделения эксплуатационных областей:

Линия токов условного нерасцепления

С целью обозначения первой области на оси абсцисс графика выбрано значение 1,13 I/I ном. Его называют точкой условного нерасцепления. Ниже этих токов отключение автоматического выключателя не должно происходить.

При ее достижении автоматические выключатели с номинальным значением токов до 63 ампер должны отключаться через 1 час, а с большими номиналами — через два.

 

  Время токовая характеристика автоматического выключателя

Местоположение точки условного расцепления в обязательном порядке указывается на графике ВТХ.

Линия токов условного расцепления

Точка на оси абсцисс с величиной 1,45 I/I ном — это второе граничное значение зоны токов условного расцепления и нерасцепления силовых контактов.

  Время токовая характеристика автоматического выключателя

Точка 1,45 I/I ном характеризует токи условного расцепления, она тоже обозначается на всех графиках ВТХ. При достижении подключенной к автомату нагрузки такой величины он должен отключиться за время:

Вышеприведённый график показывает, что у выбранного автоматического выключателя время отключения аварийного режима из холодного состояния составляет 1 час, а при его нагреве может уменьшиться вплоть до 40 секунд.

Группы предохранителей

Одним из средств защиты бытовой техники и оборудования, а также кабелей и проводов служат плавкие вставки или предохранители. Они обеспечивают надежную защиту от скачков напряжения в сети и коротких замыканий. Существуют различные конструкции и типы этих устройств, рассчитанные на любые токи.

До недавнего времени плавкие предохранители вставлялись в пробки и являлись единственной защитой квартиры или частного дома. В современных условиях их сменили более надежные защитные устройства многоразового использования – автоматические выключатели. Тем не менее, предохранители не потеряли своей актуальности и в настоящее время. Они устанавливаются в различные приборы и в автомобили, защищая приборы и электрооборудование от любых негативных последствий.

  • Общего назначения
  • Быстродействующие
  • Защищающие полупроводниковые приборы
  • Для защиты трансформаторов
  • Низковольтные

Для того, чтобы произвести правильные расчеты, и определить, какие нужны плавкие вставки, рекомендуется учитывать все основные параметры, от которых зависит характеристика предохранителя.

Основным показателем является номинальный ток, значение которого связано с геометрическими и теплофизическими параметрами. При этом, учитывается потеря мощности и превышение на выводах температурного режима. Общая величина тока для предохранителя зависит от номинального тока плавкой вставки. Величина номинального тока для основания определяется таким же показателем плавкой вставки, установленной в предохранителе.

Выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей

Выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей

Номинальные токи плавких вставок предохранителей и расцепи­телей автоматических выключателей, служащих для защиты отдель­ных участков сети от токов короткого замыкания и перегрузок, сле­дует выбирать по возможности минимальными, но не меньшими рас­чётного тока нагрузки защищаемой линии

где Iвс — номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

Iа— номинальный ток расцепителя автоматического выключателя,

Iр — расчётный ток линии.

При этом допустимая длительная нагрузка на провода в сетях должна составлять не менее 125% номинального тока защитного ап­парата.

В сетях, не требующих защиты от перегрузки, защитные аппара­ты должны иметь по отношению к допустимым длительным токовым нагрузкам на провода следующую кратность:

номинального тока плавких вставок предохранителей — не более чем в 3 раза;

номинального тока расцепителей автоматов — не более чем в 1,5 раза.

Для защиты линий, подводящих ток к отдельным короткозамкнутым электродвигателям, номинальный ток плавкой вставки предо­хранителя выбирается из условий:

In — пусковой ток электродвигателя, который равен номинально­му току электродвигателя, умноженному на кратность пускового тока

где Iн — номинальный ток электродвигателя;

к — кратность пускового тока, принимаемая по каталожным данным.

Для защиты линии, питающей несколько электродвигателей, плавкая вставка выбирается из условий:

где ΣIн — сумма расчётных токов всех одновременно работающих электродвигателей, равная расчётному току в линии;

Iннд — расчётный ток наибольшего по мощности электродвига­теля из числа работающих;

Iпнд — пусковой ток наибольшего по мощности электродвигателя.

При этом обязательно должно соблюдаться следующее условие:

Автоматические выключатели всех типов должны выбираться по расчётному току защищаемой линии.

Аппараты защиты располагают по возможности в таких доступных местах, в которых исключена возможность их механического повреждения.

Аппараты защиты нужно устанавливать там, где сечение проводни­ка уменьшается (по направлению к местам потребления электроэнер­гии), или там, где это необходимо по условиям защиты, непосредст­венно в местах присоединения защищаемого проводника к питающей линии.

При защите сетей предохранителями последние устанавливаются:

а) на всех нормально незаземлённых полюсах или фазах;

б) в нулевых и нейтральных проводниках двухпроводных линий, и нормальных помещениях с сухими плохо проводящими полами (в жи­лых, конторских, учебных, лечебных, торговых и складских поме­щениях).

В нулевых и нейтральных проводниках двухпроводных ответвле­ний от этажных щитков на лестничных клетках жилых зданий уста­новка предохранителен не требуется.

Запрещается устанавливать предохранители в нулевых и нейт­ральных проводниках трёх- и четырёхпроводных линий и в нулевых проводниках двухпроводных линий, где требуется заземление.

При защите сетей автоматическими выключателями максимальные расцепители должны устанавливаться во всех нормально незаземлённых фазах или полюсах.

Удельные расчётные нагрузки для осветительной сети и бытовых электроприборов

Примечание. Нормы таблицы учитывают осветительную и бытовую нагрузку квартир, а также осветительную нагрузку лестниц и проходов с соответствующими коэффициентами спроса.

Коэффициенты спроса (кс) для осветительных нагрузок по группам потребителей

Коэффициенты спроса (кс) и коэффициенты мощности (cos φ) по группам силовых токоприёмников

Значения коэффициента с

Коэффициент с зависит от рода тока, напряжения сети и материала проводника

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или авторизируйтесь пожалуйста на сайте.

Общие сведения о предохранителях.

Плавким предохранителем называется коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей электрической дуги.
Принцип действия плавкого предохранителя основан на известном законе Джоуля—Ленца (1841 г.), в соответствии с которым прохождение электрического тока по проводнику сопровождается выделением теплоты, количество которой прямо пропорционально значению тока в квадрате, сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Плавкие предохранители были первыми в истории устройствами защиты электроустановок и уже около ста лет успешно применяются для защиты от к. з. таких массовых электроустановок, как трансформаторные подстанции главным образом 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ. Это объясняется тем, что с помощью плавких предохранителей можно выполнить более дешевую и простую в обслуживании защиту от к. з., чем с выключателями, трансформаторами тока и релейной аппаратурой. По способу гашения электрической дуги, возникающей при расплавлении плавкой вставки, предохранители делятся на три группы:
предохранители для сетей до 1000 В с естественной деионизацией дуги, не имеющие специальных устройств для гашения дуги (СПО, П, ПТ); в настоящее время они не применяются из-за малой отключающей способности и больших размеров; предохранители с наполнителем (кварцевым песком), где электрическая дуга гасится в канале малого диаметра, который образуется после испарения металла плавкой вставки, между крупинками (гранулами) кварцевого песка; эти предохранители называются кварцевыми;
предохранители с трубками из газогенерирующего материала, из которого при высокой температуре горения электрической дуги обильно выделяются газы, при этом возникает высокое давление (в предохранителях типа ПР напряжением до 1000 В) или продольное дутье (в предохранителях выхлопных типа ПВ, прежнее название —стреляющие типа ПСН), что обеспечивает быстрое гашение электрической дуги. Выхлопные (стреляющие) предохранители типа ПВ не получили широкого применения для защиты трансформаторов со стороны 10 и 0,4 кВ по нескольким причинам: из-за очень крутых времятоковых характеристик, не обеспечивающих селективность предохранителей 10 кВ с защитными аппаратами на стороне 0,4 кВ, из-за того, что могут применяться только для наружных электроустановок, из-за быстрого старения плавких вставок, не защищенных от воздействия внешней среды.
Кварцевые предохранители типа ПК широко применяются для защиты трансформаторов мощностью до 630 кВ-А как со стороны высшего напряжения 10 кВ (ПКТ-10), так и со стороны низшего напряжения 0,4 кВ (ПН-2). Кроме отечественных предохранителей ПКТ-10, в настоящее время устанавливаются кварцевые предохранители 10 кВ зарубежных фирм, например типа HRG югославского предприятия «Механика» (изготавливаются по лицензии ФРГ), типа HS серии 3-30 предприятия «Трансформаторенверк» имени Карла Либкнехта, Германия . Кварцевые предохранители имеют ряд достоинств: они выпускаются как для внутренней, так и для наружной установки, их плавкие вставки надежно защищены от воздействия внешней среды слоем кварцевого песка и закрыты фарфоровым или стеклянным патроном, поэтому они могут находиться в работе в течение нескольких лет. Гашение дуги в таких предохранителях происходит столь быстро, что ток к. з. не успевает достичь своего максимального значения, поэтому кварцевые предохранители называют токоограничивающими и это их полезное свойство позволяет выбирать аппаратуру более легкую и дешевую.
При правильном выборе параметров кварцевых предохранителей и использовании только калиброванных патронов заводского изготовления эти предохранители способны обеспечить быстрое, надежное и в большинстве случаев селективное отключение поврежденного трансформатора. Для предотвращения опасных неполнофазных режимов, возникающих при срабатывании только одного из трех предохранителей на стороне 10 кВ трансформатора, на закрытых подстанциях плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки, такое устройство обозначают ВНП (ВНП-16 и др.). При срабатывании хотя бы одного предохранителя его специальным контактом дается команда на автоматическое отключение ВНП с помощью электромагнита управления в приводе ПРА-17. Выключателем нагрузки трансформатор отключается от сети всеми тремя фазами.

Ссылка на основную публикацию