Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей

Все существующие эксплуатируемые или вновь сооружаемые электрические сети должны быть обеспечены необходимыми и достаточными средствами защиты, прежде всего, от поражения электрическим током людей, работающих с этими сетями, участков цепей и электрооборудования от токов перегрузки, токов короткого замыкания, пиковых токов. Эти токи могут привести к повреждению как самих сетей, так и электроприборов, работающих в этих сетях.

Каждая трансформаторная подстанция, каждая воздушная линия, каждая кабельная линия и распределительные внутридомовые сети, каждый электроприёмник имеют аппараты защиты, обеспечивающие их бесперебойную и надежную работу.

Таких аппаратов на данный момент в мире имеется огромный выбор. Их можно подобрать по типу, по способу подключения, по параметрам защиты. Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей очень обширная группа и включает в себя такие аппараты как: плавкие вставки (предохранители), автоматические выключатели, разнообразные реле (токовые, тепловые, напряжения и т. п.).

Плавкие предохранители защищают участок цепи от токовых перегрузок и коротких замыканий. Разделяются на одноразовые предохранители и предохранители со сменными вставками. Используются и в промышленности и в быту. Существуют предохранители работающие на напряжении до 1кВ и так же высоковольтные предохранители установленные, работающие на напряжении выше 1000В (например, плавкие предохранители на трансформаторах собственных нужд подстанций 6/0,4 кВ). Удобство в эксплуатации, простота конструкции и легкость при замене обеспечили предохранителям очень большую распространенность.

Подробнее про плавкие предохранители и их использование для защиты электроустановок смотрите здесь:

Автоматические выключатели играют ту же роль, что и предохранители. Только по сравнению с ними имеют более сложную конструкцию. Но при этом пользоваться автоматическими выключателями гораздо удобнее. В случае возникновении, например, короткого замыкания в сети в следствии старения изоляции, автоматический выключатель отключит от питания повреждённый участок. При этом сам легко восстанавливается, не требует замены на новый и после проведения ремонтных работ будет снова защищать свой участок сети. Так же пользоваться выключателями удобно при проведении каких либо регламентных ремонтных работ.

Производятся автоматические выключатели с широким спектром номинальных токов. Что позволяет подобрать нужный практически под любую задачу. Работают выключатели на напряжении до 1 кВ и на напряжении свыше 1кВ (высоковольтные выключатели).

Высоковольтные выключатели, для обеспечения чёткого расцепления контактов и предотвращения появления дуги производятся вакуумными, наполненными инертным газом или маслонаполненными.

В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели производятся как для однофазных так и для трехфазных сетей. То есть существуют одно-, двух-, трех-, четырехполюсные выключатели контролирующие три фазы трехфазной сети.

Например, при появлении короткого замыкания на землю одной из жил питающего кабеля электродвигателя автоматический выключатель отключит питание на всех трех, а не на одной поврежденной. Так как после исчезновения одной фазы электродвигатель продолжил бы работу на двух. Что не допустимо, так как является аварийным режимом работы и может привести к преждевременному выходу его из строя. Автоматические выключатели производятся для работы с постоянным и переменным напряжением.

Подробнее про автоматические выключатели смотрите здесь:

Про выключатели на напряжение выше 1000В:

Так же для защиты электрооборудования и электрических сетей разработано множество разнообразных реле. Под каждую задачу можно подобрать необходимое реле.

Как правило такие токи утечки весьма малы, и автоматические выключатели совместно с предохранителями на них не реагируют, но могут вызвать смертельное поражение человека при контакте его с корпусом неисправного прибора. При большом количестве электроприёмников требующих подключения через дифференциальное реле, для уменьшения габаритов силового щита, питающего эти электроприёмники, используют комбинированные автоматы.

Сочетающие в себе устройства автоматического выключателя и дифференциального реле (автоматы дифференциальной защиты или дифавтоматы). Часто использование таких комбинированных защитных устройств бывает весьма актуально. При этом снижаются габариты силового шкафа, облегчается монтаж и следовательно уменьшаются затраты на установку.

На основе реле на производстве собирают шкафы релейных защит. Сборные шкафы релейных защит обеспечивают стабильную работу потребителей разных категорий. Примером подобной защиты является собранный на базе реле и цифровых блоков защит автоматический ввод резерва (АВР). Надежный способ обеспечения потребителей резервным электроснабжением, при потере основного.

Для работы АВР необходимо наличие хотя бы двух источников питания. Для потребителей первой категории наличие устройства АВР является обязательным условием. Так как перебои в электроснабжении для этой категории потребителей может привести к опасности для жизни людей, нарушению технологических процессов, материальному ущербу.

Устройства защиты должны выбираться согласно параметрам потребителя, характеристике проводников, токов короткого замыкания, типа нагрузки.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей

Основные требования к приспособлениям

Для того чтобы прибор мог успешно эксплуатироваться, он должен удовлетворять следующим требованиям:

При выборе плавких вставок для предохранителей необходимо основываться на номинальном токе в участке цепи, который и будет защищать данное устройство. Это правило выбора аппаратов защиты актуально в любом случае при выборе любого приспособления для защиты

Также важно понимать, что при длительном перегреве защитные качества значительно снижаются. Это негативно сказывается на приборах, так как в момент критической нагрузки они могут, к примеру, просто не отключиться, что приведет к аварии

Аппараты защиты должны обязательно отключать сеть при возникновении длительных перегрузок внутри этой цепи. При этом должна обязательно соблюдаться обратная зависимость от тока по времени выдержки.

В любом случае устройство защиты должно отключать цепь в конце при возникновении короткого замыкания (КЗ). Если КЗ происходит в однофазной цепи, то отключение должно происходить в сети с глухозаземленной нейтралью. Если короткое замыкание происходит в двухфазной цепи, то в сети с изолированной нейтралью.

У аппаратов защиты электрических цепей имеется отключающая способность I _пр. Значение этого параметра должно соответствовать току короткого замыкания, который может возникнуть в начале защищаемого участка. Если же это значение будет ниже, чем максимально возможный ток КЗ, то процесс отключения участка цепи может не произойти вовсе или же произойти, но с задержкой. Из-за этого могут быть повреждены не только приборы, подключенные к этой сети, но и сам аппарат защиты электрической цепи. По этой причине коэффициент отключающей способности должен быть больше или же равен максимальному току короткого замыкания.

Предохранители плавкого типа

На сегодняшний день имеется несколько приборов для защиты электрических сетей, которые наиболее распространены. Одно из таких приспособлений — это плавкий предохранитель. Назначение аппарата защиты такого типа заключается в том, что он защищает сеть от перегрузок токового типа и от коротких замыканий.

На сегодняшний день существуют приборы разового применения, а также со сменными вставками. Эксплуатировать такие приспособления можно как в промышленных нуждах, так и в быту. Для этого есть приборы, которые используются в линиях до 1 кВ.

Кроме них есть высоковольтные устройства, применяющиеся на подстанциях, напряжение которых более 1000 В. Примером такого устройства может стать плавкий предохранитель на трансформаторах собственных нужд подстанций с 6/0,4 кВ.

Так как назначение этих аппаратов защиты — это защиты от КЗ и от токовых перегрузок, то они получили довольно широкое применение. Кроме того они очень просты и удобны в эксплуатации, их замена проводится также быстро и легко, а сами по себе они очень надежны. Все это привело к тому, что такие предохранители используются очень часто.

Кроме этой характеристики имеется также понятие нижнего и верхнего испытательного тока. Что касается нижнего значения испытательного тока, то это максимальное значение тока, при протекании которого в цепи на протяжении 1 часа не произойдет отключение участка цепи. Что касается верхнего значения, то это минимальный коэффициент тока, который при протекании в течение 1 часа в цепи расплавит вставку в аппарате защиты и управления.

3 ПРЕДОХРАНИТЕЛИ.

Предохранители бывают кварцевые ПК, газогенерирующие (выхлопные) ПВ, стреляющие ПС, ПСН.

ПК 1,2,3,4 – предохранитель с кварцевым заполнением, цифры – номера серий;

ПКТН – для защиты трансформаторов напряжения,

ПКЭН – для экскаваторных КРУ,

ПК-1-4 – предохранитель с указателем срабатывания,

ПС, ПСН – предохранитель стреляющий наружной установки.

Рисунок 3 – Устройство предохранителя ПК-2-6-20/7, 5-2-У3.

Пример: ПК-4-10-160/120-20 УI – предохранитель кварцевый, 4 серии на 10 кВ, номинальный ток предохранителя – 150 А, номинальный ток плавкой вставки – 120 А, максимальный ток отключения — 20 кА, для умеренного климата, категория размещения – на улице.

Предохранители типа ПК применяются при напряжении до 10 кВ;

ПКТН – до 35 кВ; ПС, ПСН – до 110 кВ при наружной установке.

Пример: ПСН-110-50/50-2,5 УI – предохранитель стреляющий, наружной установки, на 110 кВ, номинальный ток предохранителя Iном.п = 50 А; номинальный ток плавкой вставки

1- трубка из газогенерирующего материала, 2 – плавкая вставка, 3 –металлический колпак, 4 –скоба, 5 –проводник, 6 –наконечник, 7 –рычаг, 8 – держатель, 9 – изоляторы.

Рисунок 4 — Предохранитель стреляющий ПСН – 35 и изолятор силиконовый на 110 кВ

максимальный ток отключения Iмакс = 25 кА; масса 800 кг, габариты: длина – 1480 мм; ширина – 2130 мм.

Выбор предохранителей производится:

— по рабочему напряжению;

— по току плавкой вставки;

— по току отключения предохранителя.

Автоматические выключатели.

Автоматические воздушные выключатели применяются в электроустановках с напряжением до 1000 В. Они предназначены для автоматического отключения электроустановок при возникновении в них перегрузок и коротких замыканий.
Автоматы состоят из следующих основных частей: корпуса, крыши, дугогасительной камеры, механизма управления, механизма свободного расцепления и расцепителя. По принципу автоматического срабатывания автоматы подразделяются на автоматы с электромагнитным расцепителем и с тепловым расцепителем.
Автоматы с электромагнитным расцепителем (М) служат для защиты электроустановок от последствий коротких замыканий. Автоматы с тепловым расципителем (Т) служат для защиты электроустановок от перегрузок. При перегрузке цепи биметаллическая пластина нагревается и, изгибаясь, освобождает защелку, что и приводит к отключению расцепителя.
Автоматы с комбинированным расцепителем (МТ) обеспечивают автоматическую защиту электроустановок от последствий перегрузок и коротких замыканий. Отключение автоматов происходит при срабатывании любого расцепителя. Многие автоматы имеют специальные приспособления для регулирования величины тока срабатывания расцепителей, т. е. величины тока уставки Iуст. Током уставки Iуст. называется значение величины тока срабатывания, на который отрегулирован расцепитель автомата: для автоматов с тепловыми расцепителями для автоматов с электромагнитными расцепителями номинальные токи расцепители автоматов и токи срабатывания (уставки) их указаны на автоматах.

Выполнение и защита осветительных сетей

6.1.30. Осветительные сети должны быть выполнены в соответствии с требованиями гл. 2.1-2.4, а также дополнительными требованиями, приведенными в гл. 6.2-6.4 и 7.1-7.4.

6.1.31. Сечение нулевых рабочих проводников трехфазных питающих и групповых линий с лампами люминесцентными, ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДНаТ при одновременном отключении всех фазных проводов линии должно выбираться:

1. Для участков сети, по которым протекает ток от ламп с компенсированными пускорегулирующими аппаратами, равным фазному независимо от сечения.

2. Для участков сети, по которым протекает ток от ламп с некомпенсированными пускорегулирующими аппаратами, равным фазному при сечении фазных проводников менее или равном 16 мм2 для медных и 25 мм2 для алюминиевых проводов и не менее 50% сечения фазных проводников при больших сечениях, но не менее 16 мм2 для медных и 25 мм2 для алюминиевых проводов.

6.1.32. При защите трехфазных осветительных питающих и групповых линий предохранителями или однополюсными автоматическими выключателями при любых источниках света сечение нулевых рабочих проводников следует принимать равным сечению фазных проводников.

6.1.33. Защита осветительных сетей должна выполняться в соответствии с требованиями гл. 3.1 с дополнениями, приведенными в пп. 6.1.34-6.1.35, 6.2.9-6.2.11, 6.3.40, 6.4.10.

При выборе токов аппаратов защиты должны учитываться пусковые токи при включении мощных ламп накаливания и ламп ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДНаТ.

Аппараты защиты следует располагать по возможности группами в доступных для обслуживания местах. Рассредоточенная установка аппаратов защиты допускается при питании освещения от шинопроводов (п. 6.2.7).

6.1.34. Аппараты защиты независимо от требований пп. 6.2.7 и 6.2.8 в питающей осветительной сети следует устанавливать на вводах в здания.

6.1.35. Трансформаторы, используемые для питания светильников до 50 В, должны быть защищены со стороны высшего напряжения. Защита должна быть предусмотрена также на отходящих линиях низшего напряжения.

Если трансформаторы питаются отдельными группами от щитков и аппарат защиты на щитке обслуживает не более трех трансформаторов, то установка дополнительных аппаратов защиты со стороны высшего напряжения каждого трансформатора необязательна.

6.1.36. Установка предохранителей, автоматических и неавтоматических однополюсных выключателей в нулевых рабочих проводах в сетях с заземленной нейтралью запрещается.

Выбор аппаратов защиты.

Достоинство плавких предохранителей: просты по конструкции, надежно защищают электроустановки от токов коротких замыканий, обладают большой разрывной способностью, недороги по стоимости. Недостатки: имеют устойчивые защитные характеристики и хуже, чем автоматы, защищают электроустановки от небольших перегрузок, позволяют применять нестандартные плавкие вставки (жучки), необходимость замены сгоревших вставок усложняет обслуживание.
Автоматы дороже, сложнее по конструкции, но имеют более устойчивые защитные характеристики, обеспечивают более надежную и селективную защиту от токов перегрузки, быстрое восстановление питания, дистанционное управление.
При срабатывании предохранителей и автоматов возникающие искры, брызги расплавленного металла, дуги и раскаленные газы должны быть изолированы от окружающей среды. Аппараты защиты следует устанавливать на всех нормально незаземленных полюсах вначале сети, при уменьшении сечения проводников и на всех ответвлениях. Длина незащищенного участка ответвления должна быть не более 3 м. В труднодоступных местах аппараты защиты можно устанавливать на расстоянии до 30 м от ответвления.
По условиям пожарной безопасности аппараты защиты устанавливают на панелях сборок, щитов и пультов так, чтобы возникающие в аппаратах искры, брызги металла, дуги не угрожали обслуживающему персоналу и не были бы причиной воспламенения и взрыва горючих и взрывоопасных веществ. В помещениях сырых, особо сырых, пыльных, с химически активной средой аппараты защиты желательно не устанавливать или располагать их в шкафах специального исполнения со степенью защиты IP44, IP54, IP55.
В пожароопасных зонах степень защиты аппаратов должна быть не ниже IP44, IP54. Установка аппаратов защиты во взрывоопасных зонах не допускается.

Требования к аппаратам защиты.

Аппараты защиты должны удовлетворять следующим условиям:

Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматов, служащих для защиты отдельных участков сети, следует выбирать по возможности минимальными по расчетным токам этих участков.
Для удовлетворения первого условия необходимо выбирать аппарат защиты так, чтобы номинальный ток самого аппарата и плавкой вставки или расцепителей были равны расчетному току сети, т.е.: для предохранителей для автоматов и тепловых реле магнитных пускателей Для удовлетворения второго условия необходимо учитывать режим работы установки и расчетные токи сети.
Выбор плавких вставок может производиться по защитным характеристикам предохранителей (графически). При защите автоматами с электромагнитным или комбинированным расцепителем необходимо, чтобы ток срабатывания Iсррасц превышал максимальный кратковременный ток линии Iмакс и соответствовал условию: для автоматов АЗ 120, АЗ 130, АЗ 140 и АП-50 для автоматов АЗ110 Ток срабатывания теплового расцепителя автомата и основных реле определяется по условиям:
для автоматов АЗ310, АП-50 и Б-25 для тепловых реле магнитных пускателей при легких условиях пуска электродвигателя (длительность пуска до 10 с) для тепловых реле магнитных пускателей при затяжных пусковых режимах электродвигателей

при защите сетей во взрывоопасных зонах при защите сетей невзрывоопасных зонах * 1,25 — для автоматов на номинальные токи свыше 100 А; 1,4 — до 100 А.

Если она оказывается меньше величины возможного тока КЗ, отключения аварийного участка может не произойти или время отключения будет недопустимо большим и сам аппарат повредится. Поэтому нужно, чтобы 1пр был больше или равен наибольшему возможному току КЗ в начале защищаемого участка сети, т.е.

2 ШИНЫ.

Шины предназначены для проведения тока и изготавливаются из алюминия, меди, стали. В распредустройствах шины крепятся к изоляторам с помощью болтов, скоб и держателей. Чаще всего шины изготавливаются из алюминия. В открытых распредустройствах, а иногда и в закрытых распредустройствах подстанций применяются гибкие шины, конструктивно схожие с гибкими проводами. Формы сечения шин: плоские, круглые, кольцевые(трубчатые).

Во время короткого замыкания жесткие шины и изоляторы испытывают большие динамические нагрузки. Наиболее распространенными при токах до 1000 А являются алюминиевые плоские шины. Они крепятся, как правило, плашмя. Шины коробчатого сечения применяются при токах больше 2500 А. Допустимая температура шин при нормальной работе не более 70 С при температуре воздуха 25С. Предельная температура шин: медных — 300 С; алюминиевых — 200 С; стальных — 300 С.

Для отличия фазировки шины окрашивают и располагают в определ ленном порядке: ближняя к проходу людей шина окрашивается в красный
цвет.

Цвета окраски шин для переменного тока:

Фаза А обозначение. L₁ желтый – дальняя

В L₂ зеленый – средняя

С L₃ красный – ближняя

N О голубой или полосатый ж/з.

для постоянного тока:

+ красный; – синий; рабочий 0 – голубой.

Выбор шин производится:

– по рабочему току нагрузки, напряжению;

– по электротермической стойкости в режиме КЗ;

– по электродинамической стойкости в режиме КЗ.

Выбор и проверка защитной аппаратуры до 1 кВ

Аппаратом защиты называют аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при КЗ или перегрузках. Электроприемником может быть один или группа синхронных или асинхронных ЭД, трансформаторы, электрические печи, преобразователи, электрическое освещение и т.д..

Все существующие или вновь сооружаемые электрические сети должны быть обеспечены необходимыми и достаточными средствами защиты участков цепей и ЭО от токов перегрузки, токов КЗ и от пиковых токов. При этом также необходима защита людей, работающих с этими сетями, от поражения электрическим током.

На рис. 1 представлены возможные схемы защит АД.

Рисунок 1 – Схемы защит асинхронного двигателя: а – с автоматическим выключателем QF и c комбинированным расцепителем; б – с автоматическим выключателем QF и c комбинированным расцепителем и тепловой защитой (КК); в – с плавким предохранителем FU и тепловой защитой (КК)

Каждая ТП, каждая воздушная линия, каждая кабельная линия и распределительные внутридомовые сети, каждый ЭП имеют собственные аппараты защиты, обеспечивающие их бесперебойную и надежную работу. Такие аппараты подбирают по типу, по способу подключения и по параметрам защиты. Они бывают разных видов:

Источник