Аппараты распределительных устройств низкого напряжения - Проверка защищенности элементов установки при коротком замыкании

10-3. ПРОВЕРКА ЗАЩИЩЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ УСТАНОВКИ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

В предыдущем параграфе установлено, какой наименьший номинальный ток могут иметь защитные аппараты для того, чтобы не было нарушено нормальное функционирование. Определим теперь, какой наибольший ток могут иметь защитные аппараты, чтобы обеспечить защиту проводов с резиновой изоляцией при коротком замыкании, когда можно считать, что нагрев происходит без теплоотдачи. Ограничимся рассмотрением случая, когда защитный аппарат — предохранитель.

Для обеспечения защиты надо [с учетом (10-2)], чтобы

(10-4)

где q — сечение провода, мм².

Допустимому нагреву (§ 1-4) с 25 до 175° С соответствует при медном проводе £i=21 400 а2 сек!мм1, а при алюминиевом £i = =8 850 с?-сек/мм1.

Примем, что coscp=0,4, напряжение 380 в, действующее значение симметричной составляющей тока короткого замыкания в установке равно:

3 кА для плавких вставок до 25 а включительно 5 кА " " "60 а

10 кА " " 200 а

15 кА " " " " 350 а

20 кА " " 600 а

Рассчитав по данным приложения П-6 оба члена правой части неравенства, найдем, что для вставок на токи от 10 до 600 а второй член, соответствующий энергии, выделяемой во время горения дуги, составляет следующее число процентов первого члена, соответствующего энергии, выделенной до появления дуги: у длинных предохранителей ПР-2 10 — 150%; у предохранителей ПН-2 30— 140% (большая цифра относится к плавким, вставкам на меньший номинальный ток, а меньшая цифра — к вставкам на больший ток). Неравенство (10-4) соблюдается, если номинальный ток плавкой вставки :не превышает величин, указанных в табл. 10 .

Из таблицы видно, что насыпные предохранители ПН-2 по сравнению с ПР-2 дают лучшую защиту провода при коротком замыкании (допускают применение плавких вставок «а больший номинальный ток).

Таблица 10-1

Наибольший допустимый номинальный ток плавкой вставки предохранителей ПР-2 (длинных)

и ПН-2, обеспечивающей защиту провода с резиновой изоляцией при коротком замыкании

Полученные цифры для предохранителей ПР-2 близки к указанным в нормах [JL 1-1], которые для ответвлений к индивидуальным потребителям рекомендуют, чтобы наибольшее отношение номинального тока плавкой вставки к длительно допустимому току провода было не более 3. Исключение составляют медные провода сечением 2,5 мм², выбранные не по экономической плотности тока (6 а1мм²), а по предельно допустимому нагреву. Допускаемые для них нормами максимальные токи плавких вставок велики, и при принятых величинах токов короткого замыкания перегрев проводов может быть чрезмерным.

Из сопоставления данных табл. 10-1, § 10-2 и допустимых нагрузок на провода (П-7) следует, что предохранители могут быть выбраны так, чтобы обеспечить нормальный пуск двигателя, избирательность действия с тепловым реле пускателя и защиту провода при коротком замыкании, если провод выбран по номинальному току двигателя при условии, что плотность тока в медном проводе будет не выше рекомендуемой по экономическим соображениям (6 а!мм²).

Предохранитель должен защищать также от сгорания нихромовый нагревательный элемент теплового реле. При выборе предохранителей по табл. 10-1 исходят из того, что по медному проводу пройдет не более 21 400 аг сек/мм4.

Для нагрева нихрома до 1 300°С надо около 3 900 а2-сек/мм4, следовательно плотность номинального тока в нихроме для обеспечения его защиты должна быть в 2,3 раза меньше, чем в медном проводе, что составляет при токах 1—150 а соответственно 2,6 — 1,3 а/мм². Многие нагреватели пускателей выполняются с большой плотностью тока. Таким образом, существует возможность сгорания нагревателей тепловых реле пускателей при коротком замыкании, если предохранители выбраны по общим правилам [Л. 1-1] или по данным табл. 10-1. Для защиты нагревателей надо выбирать плавкую вставку предохранителя на несколько меньший ток, учитывая соотношения наименьших сечений данного нагревателя и данной плавкой вставки. При этом следует руководствоваться данными табл. 10-2, которая дает соотношения между размерами наименьших сечений предохранителей и защищаемых проводников при нагреве от 25е С до указанной в таблице температуры.

В таблице принято, что интегралза время до образования дуги и от образования дуги до ее погасания равны. Данными без учета времени горения дуги можно пользоваться при малых напряжениях или токах короткого замыкания, в 5 — 10 раз меньших, чем указанные выше.

Таблица 10-2

Соотношение наименьших сечений плавких вставок предохранителей и защищаемых проводников при адиабатическом нагреве

10-4. ЗАЩИЩЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ УСТАНОВКИ ПРИ ПЕРЕГРУЗКАХ

На рис. 10-2 приведена зависимость максимальной температуры провода и двигателя, которая может быть достигнута при защите их установочным автоматом или предохранителем, если защитные аппараты и защищаемые объекты имеют одинаковые номинальные токи и включаются с холодного состояния. Из рис. 10-2 видно, что при малых токах, когда защитный аппарат не срабатывает, увеличение тока в цепи ведет к увеличению температуры защищаемого объекта, которая успевает достигнуть своего установившегося значения. При токах, больших пограничного, если защитный аппарат имеет постоянную времени, значительно меньшую, чем защищаемый объект, то температура защищаемого объекта успеет подняться лишь незначительно.

Установочные автоматы имеют приблизительно ту же (несколько меньшую) постоянную времени, что и медные провода, и значительно меньшую, чем двигателя. Постоянная времени предохранителей гораздо меньше, чем у установочных автоматов. Поэтому при перегрузках наибольшая температура защищаемого объекта (к моменту отключения защитного аппарата) получается при пограничном токе защитного аппарата. Следовательно, степень защищенности проводов и двигателей определяется отношением пограничного тока защитного аппарата и длительно допустимого тока защищаемого объекта.

Рис. 10-2, Превышение температуры при разных кратностях тока к номинальному, который у всех элементов одинаков.

двигатель (Г=400 сек), защищенный автоматом (Г =50 сек; /погр = >2н);

провод (Г = 150 сек), защищенный автоматом (Г = 50 сек; /погр = 1,21И); 3 — провод (Т = 150 сек), защищенный предохранителем (Г = 5 сек; /ПОГр = 1,44/и).

Общие требования о защите при перегрузках, указанные в § 1-4, в основном будут выполнены, если номинальный ток установочного автомата будет равен номинальному току защищаемого объекта (§ 4-10). При применении предохранителя на тот же номинальный ток, что и защищаемый объект, защита от перегрузок обеспечивается только частично, так как его пограничный ток может достигнуть 160% номинального тока (П-6). Обычно номинальный ток предохранителя приходится выбирать большим номинального тока провода (табл. 10-3). В этом случае защита обеспечивается только при самых больших перегрузках или только при коротких замыканиях.

Полная защита провода обеспечивается только, когда номинальный ток предохранителя составляет не более 80% длительно допустимого тока провода.

Таблица 10 3 Выбор предохранителей в соответствии с ПУЭ [Л. 1-1]