Выбор предохранителя для защиты электродвигателя

ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Выбор предохранителей определяется по след. условию:

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.

б) Предельно отключаемый ток.

Предельно отключаемый ток плавкой вставки Iвс.пр. должен быть равен или больше максимального расчетного тока короткого замыкания Iк.з.макс., проходящего по цепи, защищаемой предохранителем. Если это условие не будет выполнено, дуга, возникающая при перегорании плавкой вставки, может не погаснуть, а предохранитель в результате ее длительного горения разрушится.

Таким образом, вторым условием является.

в) Номинальный ток Номинальный ток плавкой вставки следует во всех случаях выбирать минимальным [Л. 8]. При этом плавкая вставка не должна перегорать при прохождении по ней максимального длительного тока нагрузки Iн. макс, что обеспечивается при соблюдении следующего условия:

Величина коэффициента зависит от характера нагрузки. Так, при постоянной нагрузке (например, освещение) = 1,1 1,2.

При переменной нагрузке плавкая вставка не должна также перегорать при кратковременных перегрузках, когда в защищаемой сети проходит ток, превышающий максимальный ток длительной нагрузки. Кратковременные перегрузки могут быть вызваны пуском или самозапуском электродвигателей, технологическими перегрузками механизмов, вращаемых электродвигателями, и другими причинами. Перегорание предохранителей в указанных случаях недопустимо, так как перегрузки по прошествии небольшого времени (2—10 с) ликвидируются и восстанавливается нормальный режим.

Для выполнения этого условия номинальный ток плавкой вставки выбирают таким, чтобы при прохождении по ней тока перегрузки Iпер. время ее перегорания было больше времени перегрузки. Практически для выполнения этого условия номинальный ток плавкой вставки выбирается упрощенным методом согласно следующему выражению [Л. 8, 13]:

где — коэффициент отстройки от тока перегрузки.

Величина этого коэффициента принимается.

При частых пусках электродвигателей с легкими условиями пуска выбор плавкой вставки производят по коэффициенту для тяжелых условий.

Этот метод не учитывает инерционности некоторых типов плавких вставок и уменьшения тока перегрузки в процессе пуска и самозапуска электродвигателей. Поэтому номинальный ток плавкой вставки, выбранный согласно (2−4), получается, как правило, завышенным, вследствие чего предохранитель не защищает оборудование от перегрузки и является только защитой от коротких замыканий.

В жилых домах, бытовых и общественных помещениях, т. е. там, где сети не находятся постоянно под наблюдением квалифицированного персонала, плавкие вставки должны удовлетворять следующему условию:

где Iдоп.пр.— длительно допустимый ток провода.

После выбора номинального тока необходимо убедиться, что плавкая вставка надежно защищает участок сети, на котором она установлена. При коротком замыкании в наиболее удаленной точке сети плавкая вставка должна надежно и быстро перегорать. Кратность тока однофазного короткого замыкания в сетях с заземленной нейтралью и двухфазного короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью должна быть не менее 3 по отношению к номинальному току плавкой вставки.

В сетях, защищенных только от коротких замыканий, допускается не выполнять расчетной проверки тока короткого замыкания для оценки надежности перегорания плавкой вставки, если ее номинальный ток превышает длительно допустимый ток защищаемого участка сети не более чем в 3 раза.

г) Особенности выбора плавких вставок в сетях 380—500 В К выбору предохранителей, защищающих электродвигатели напряжением 380 и 500 В, предъявляется дополнительное требование, чтобы время перегорания плавкой вставки не превышало 0,15—0,2 с [Л. 96]. Это требование определяется следующими соображениями: на электродвигателях 380 и 500 В последовательно с плавкими предохранителями устанавливаются контакторы и магнитные пускатели, с помощью которых осуществляются пуск и остановка электродвигателей. Эти аппараты удерживаются во включенном положении специальными электромагнитами (см. гл. 11), которые питаются от напряжения сети.

При исчезновении или понижении напряжения, например, вследствие короткого замыкания магнитные пускатели и контакторы отпадают. При коротком замыкании в электродвигателе плавкая вставка должна перегореть раньше, чем отпадет магнитный пускатель или контактор. В противном случае контакты магнитного пускателя или контактора будут размыкать ток короткого замыкания, на что они не рассчитаны.

Как показали специальные испытания и опыт эксплуатации, если время перегорания плавкой вставки не превышает 0,15—0,2 с, то может происходить лишь небольшое оплавление контактов, позволяющее вновь включить контактор. Замены контактов при этом не требуется.

По защитными характеристикам плавких вставок можно определить, что они перегорают за время 0,15—0,2 с при токах короткого замыкания, превышающих в 10— 15 раз номинальный ток плавкой вставки.

Величина тока короткого замыкания на выводах электродвигателя зависит от мощности питающего трансформатора, длины и сечения соединительного кабеля.

На рис. 2−2 в качестве примера построены кривые для определения тока трехфазного короткого замыкания в сети 380 В, питающейся от трансформатора мощностью 750 кВ*А (uK = 8%) при разной длине и сечении кабеля, имеющего медные жилы.

В случае, если электродвигатель питается от групповой сборки, расчетная длина кабеля определяется по следующему выражению:

где lк. дв — длина кабеля, питающего электродвигатель; lк. сб — длина кабеля, питающего сборку; sK. дв, sK сб — соответственно сечения кабелей двигателя и сборки.

На том же графике (рис. 2−2) построена прямая 1 для определения допустимого номинального тока плавких вставок типов НПН, НПР, ПР1 согласно (2−8) в зависимости от величины тока короткого замыкания при tп.п. 0,2 с.

С помощью кривых, приведенных на рис. 2−2, выбор плавкой вставки для электродвигателей 380 В, удовлетворяющей условию (2−7), может быть выполнен в следующей последовательности:

• а) По известной длине и сечению кабеля, питающего электродвигатель, определяется ток трехфазного короткого замыкания на его выводах. При наличии групповой сборки определяется расчетная длина кабеля согласно (2−8).
• б) Из точки А, определяющей величину тока короткого замыкания, проводится линия до пересечения с прямой 1. Точка Б определяет номинальный ток плавкой вставки, удовлетворяющий условию (2−7).

Если величина тока короткого замыкания превышает 2 000 А, Iвс. ном следует выбирать максимально допустимым по условию согласования действия предохранителя с магнитным пускателем или контактором (Iвс.ном = 200 А).

Таким образом, номинальный ток плавкой вставки, устанавливаемой на электродвигателях 380—500 В или па личин, питающей группу двигателей, выбирается по условиям (2−3), (2−4), (2−7) и принимается ближайшим большим по шкале стандартных номинальных токов.

Если Iвс. ном, определенный согласно (2−4), превышает 200 А, необходимо устанавливать автоматические выключатели, так как плавкая вставка с номинальным током 200 А является предельной по условию селективности работы контактора и предохранителя.

д) Селективность Одно из основных условий выбора предохранителей обеспечение селективности их действия между собой и с релейной защитой.

Это означает, что в случае повреждения, например, одного из электродвигателей (в точке К на рис. 2−3) должен перегореть только предохранитель П3 и не должны перегорать предохранители П1, и П2, а также не должна срабатывать релейная защита РЗ, установленная на выключателе. Иначе говоря, для правильной ликвидации повреждений все последовательно установленные предохранители и релейная защита должны быть селективны.

Для проверки селективности необходимо сопоставить характеристики плавких вставок во всем диапазоне токов, возможных как при перегрузках, так и при коротких замыканиях.

Защитная характеристика предохранителя может быть задана заводом-изготовителем в двух видах: либо как полное время отключения, равное сумме времен плавления вставки и горения дуги, либо отдельно как время плавления и время горения дуги. Строго говоря, при проверке селективности двух последовательно включенных предохранителей следовало бы сравнивать время плавления вставки, установленной ближе к источнику питания, с полным временем отключения вставки, установленной дальше от источника питания.

На практике же обычно используют одинаковые характеристики полного времени отключения, поскольку время горения дуги невелико, а разбросы времени плавления и отключения перекрывают неточность расчетов.

При выполнении расчетов следует учитывать возможный разброс характеристик из-за отклонения размеров вставки, состояния контактов и поверхностей вставок, температуры окружающей среды и других факторов. Разброс защитных характеристик предохранителей на напряжение ниже 1 000 В достигает 50%. Такой разброс и следует принимать при проверке селективности плавких вставок.

Для проверки селективности заводские характеристики плавких вставок перестраивают в расчетные, как показано на рис. 2−4. Возможные времена отключения при определенных токах находятся в пределах области, ограниченной построенными кривыми. В соответствии с возможной погрешностью ±50% селективность между двумя смежными предохранителями обеспечивается, если определенное по заводской характеристике время перегорания большего предохранителя не менее чем в 3 раза превышает время перегорания по характеристике меньшего предохранителя [Л. 8, 13].

Наиболее распространенных случаях допускается принимать пониженное значение разброса времен отключения ±25%, допуская при этом в редких случаях возможность неселективной работы предохранителей. В этом случае селективность между смежными предохранителями обеспечивается, если определенное по заводской характеристике время перегорания большего предохранителя не менее чем в 1,7 раза превышает время перегорания по характеристике меньшего предохранителя [Л. 40].

При анализе характеристик однотипных предохранителей селективность следует проверять при максимальном токе трехфазного короткого замыкания. Если селективность при этом токе обеспечена, она будет обеспечена и при всех меньших значениях токов.

У разнотипных предохранителей селективность следует проверять во всем диапазоне токов — от тока трехфазного короткого замыкания в месте установки дальнего предохранителя до поминального тока вставок.

Если защитные характеристики плавких вставок неизвестны, рекомендуется метод согласования характеристик предохранителей, основанный на сопоставлении площадей сечения плавких вставок с учетом материала, из которого они изготовлены [Л. 13].

Для проверки селективности по этому методу необходимо знать тип, материал и площадь сечения плавких вставок, между которыми производится согласование. Если площадь сечения плавкой вставки 1, расположенной ближе к источнику питания, s1, а вставки 2, расположенной дальше от источника питания, s2, то определяется отношение этих площадей.

Полученное значение, а сравнивается с данными табл. 2−1. Если, а равно или больше величины, приведенной в таблице, то селективность между рассматриваемыми предохранителями обеспечивается.

Для оценки селективности действия двух последовательно включенных предохранителей можно также руководствоваться следующим правилом [Л. 13]. Для двух однотипных предохранителей, установленных в сети напряжением до 1000 В, селективность будет обеспечена, если их вставки отличаются не менее чем на две ступени шкалы номинальных токов.

Для селективного действия последовательно установленных вставок высокого напряжения типа ПК необходимо, чтобы их номинальные токи различались не менее чем на одну ступень шкалы.

При проверке селективности вставок по их защитным характеристикам в сети напряжением выше 1000 В следует иметь в виду, что их разброс регламентируется следующим образом: для любого времени отключения отклонения в величине тока не должны превосходить 20%. Построение расчетных характеристик для таких предохранителей показано на рис. 2−5.

При проверке селективности предохранителей, установленных на разных сторонах трансформатора, следует учитывать, что по предохранителям будут проходить токи разной величины.

номинальный ток предохранитель напряжение.

С учетом этого условие селективности (2−9) приобретает следующий вид.

где — коэффициент трансформации трансформатора.

е) Выбор плавких вставок в схемах вторичных цепей.

Номинальный ток плавкой вставки, устанавливаемой в цепях оперативного тока или во вторичных цепях трансформаторов напряжения, принимается согласно следующему выражению:

где IH — максимальный ток нагрузки.

Ток IH может быть определен непосредственным измерением в режиме, когда включены все реле и приборы, которые могут одновременно питаться от данных цепей напряжения или оперативного тока. Величину максимального тока нагрузки можно также определить расчетом по известным величинам потребления каждого реле и прибора.

Например, для трансформатора напряжения, к зажимам вторичной обмотки которого, соединенной в звезду, подключены реле и приборы на фазные и междуфазные напряжения, максимальный ток нагрузки может быть с некоторым запасом определен по следующему выражению [Л. 86]:

где Рф — потребление нагрузки, подключенной на фазные напряжения, В*А; —соответственно наибольшее и наименьшее потребление нагрузки, подключенной между двумя фазами, В*А; Uф — фазное напряжение, В.

Для надежного сгорания вставки в случае короткого замыкания отношение тока короткого замыкания к ее номинальному току должно быть не меньше 5—10.

Плавкие предохранители в цепях электромагнитов включения устанавливаются для защиты последних от длительного прохождения тока. Номинальный ток этих вставок принимается равным 0,3—0,4 максимального тока, проходящего в цепи включения.