Застосування топких запобіжників у мережах до 1000 В

Для захисту проводів та кабелів від струмів короткого замикання (с.к.з.) та перевантажень застосовують топкі запобіжники або автоматичні вимикачі. Топкий запобіжник складається з легкотопкої металевої вставки, закріпленої в корпусі. Чим більший струм, що розтоплює цю вставку, тим менший час потрібен для її топлення (рис. 6.2).

Номінальним струмом топкої вставкиназивають найбільший струм, що може тривало проходити через неї, не допускаючи недопустимого нагріву вставки. Найбільш розповсюджені типи запобіжників: ПР – розбірний без наповнювача; ПН – з наповнювачем;НПН – нерозбірний з наповнювачем. Превагою запобіжників ПН є велика відімкна здатність (до 50 кА). Це результат застосування дрібнозернистого кварцового піску, як наповнювача. Такі запобіжники мають високу швидкодію і розривають коло ще до того, як с.к.з. досягне амплітудного значення. Тобто вони володіють струмообмежувальною здатністю. Шкала номінальних струмів топких вставок: 6,3; 10; 25; 40; 63; 80; 100; 125; 160; 250; 320; 400; 500 та 630 А.

 

 

Рисунок 6.2. Залежність часу спрацювання топкої вставки від струму

 

 

Топкі запобіжники вибирають за трьома умовами.

Перша – топкі запобіжники не повинні бути причиною перерв електропостачання, якщо навантаження мережі не перевищує допустимого для проводів та кабелів. Для запобігання хибного перегорання запобіжників за такого навантаження номінальний струм топкої вставки повинен бути прийнятим не менше від робочого струму навантаження, тобто

 

. (6.9)

 

За цією умовою вибирають топкі вставки в колах зі спокійним навантаженням (наприклад, освітлювальним).

Друга – топкий запобіжник не повинен перегорати від короткочасних пускових струмів, наприклад, при вмиканні асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, пусковий струм яких перевищує номінальний у 4...7 разів, тобто

 

, (6.10)

 

де – найбільший короткочасний струм що протікає через запобіжник;

– коефіцієнт, що залежить від пускового режиму двигуна і перевантажної здатності запобіжника.

Для відгалужень до окремих електричних двигунів струм відповідає найбільшому пусковому струмові або найбільшому струмові електроприймача. Якщо ділянка мережі живить не більше 5 електроприймачів, то

 

, (6.11),

 

де – розрахунковий струм (півгодинний найбільший) всієї групи решти електроприймачів, що визначається з урахуванням імовірності співпадання навантажень;

– пусковий струм двигуна, при котрому різниця найбільша.

При загальній кількості електроприймачів п’ять і більше, що отримують живлення через вибраний запобіжник, можна приймати

 

. (6.12)

 

Якщо запобіжник встановлюють в лінії, по котрій, крім силового, живиться і освітлювальне навантаження , струм , що входить у формулу (6.11), визначається сумою складових струмів:

 

. (6.13)

 

Цей вираз базується на припущенні, що всі двигуни в групі працюють при нормальному навантаженні (споживають робочий струм), крім одного, що знаходиться в пусковому режимі. В якості такого двигуна вибирають той, у котрого різниця між пусковим і робочим струмами найбільша.

Значення коефіцієнта α в формулі (6.10) визначається дослідним шляхом в залежності від умов пуску та розгону двигунів. Для легких умов пуску α = 2,5, для важких α = 1,6. Легкі умови: рідкі пуски або невелика (5...10 с) тривалість розгону. Важкі – часті пуски або затяжні (30...40 с і більше) розгони. Можливість застосування коефіцієнта α = 2,5 підтверджується ампер-секундною характеристикою (див. рис. 6.2).

Третя умова – топка вставка запобіжника повинна запобігати нагріву струмом проводу даного кола зверх встановленої температури. Для цього площу перерізу проводу вибирають за допустимим струмом за умови .

Освітлювальні мережі, мережі побутових та пересувних електроприймачів житлових та громадських будівель, торгових та складських приміщень, службово-побутових приміщень промислових підприємств, нагляд за якими обмежений, а також мережі пожежо- та вибухонебезпечних приміщень повинні бути захищені не лише від с.к.з., але й від перевантажень. Допустимий струм по проводах і кабелях таких мереж перевіряють за співвідношенням , або . У цьому випадку навантажувальна здатність проводів з умов нагрівання використовується лише на 80%. Якщо номінальні струми топких вставок приймають рівними чи трохи більшими від допустимих за нагрівом проводів, то такі запобіжники захищають ці мережі лише від к.з.; перевантаження від приєднування нових електроприймачів виключена. Проводи, кабелі, площа перерізу яких вибрана за умови , майже повністю використовується за нагріванням.

В силових установках і освітлювальних мережах, де забезпечений достатній нагляд і виключені довільне збільшення навантаження та пожежо- і вибухонебезпечні умови, допускається мати топкі вставки, номінальний струм яких більший допустимого, але не перевищує у три рази допустимий струм проводу

 

.

 

В цьому випадку запобіжник захищає провід лише від к.з. Запобіжники непридатні для захисту двигунів від перевантажень.

 

Приклад 6.1. Вибрати запобіжники і площі перерізу струмопровідних жил мережі, яка живить два електродвигуни: короткозамкнений Д1 і з фазним ротором Д2, а також освітлювальне навантаження (рис.6.3).

Рисунок 6.3. Схема живлення двигунів та освітлювального навантаження

 

Технічні характеристики двигунів Д1 і Д2: номінальна потужність 5 і 22 кВт, пусковий коефіцієнт 6,5 і 1,8; коефіцієнт завантаження 1 і 0,9; ККД – 0,88 і 0,864; і .

Потужність освітлювальних приймачів кВт рівномірно розподілена по фазах. Номінальна напруга мережі В. Умови пуску двигунів – легкі. Живлення до обох двигунів подається проводами АПРТО, що прокладені в трубах, до освітлювальних приладів – проводами АПР, що прокладені відкрито на роликах. Магістраль виконана трижильним кабелем марки ААГ, прокладеним у каналі.

Номінальний струм двигуна .

Отже, струми двигунів А,

 

А.

Робочий струм двигуна ,

де – коефіцієнт завантаження.

Тоді А; А.

Пусковий струм двигуна ,

де m – пусковий коефіцієнт.

Отже , А; А.

Струм, споживаний освітлювальними приладами,

А.

Виберемо топкі вставки у відповідності з формулами (6.9) та (6.10). Для запобіжника Зп1 струм

А,

А.

Вибираємо топку вставку з номінальним струмом 25 А.

 

Для запобіжника Зп2 струм

А,

А.

Вибираємо топку вставку з номінальним струмом 40 А.

Для запобіжника Зп3 (в колі освітлення) струм

А.

Вибираємо вставку 6,3 А.

Для запобіжника Зп4 (захист кабелю)

А.

Найбільший струм кабелю визначаємо за формулою (6.13)

А.

Вважаємо, що в пусковому режимі перебуває двигун Д1, бо для нього більший, ніж у двигуна Д2.

Далі вибираємо топку вставку А.

Як і для двигуна Д2, для кабелю визначальною виявилась перша умова – за робочим струмом. Найближчим найбільшим значенням володіє топка вставка на 63 А. За умовою селективності необхідно вибрати вставку на номінальний струм не менше 63 А, однак краще 80 А. Приймемо А.

Перейдемо до вибору площі перерізу проводів.

До двигуна Д1 підводиться струм А. Такому струмові при прокладанні проводів АПРТО в одній трубі відповідає номінальна площа перерізу 2,5мм², що допускає струм А (див. додаток 1, табл.7). Раніше вибраний запобіжник Зп1 захищає провід лише від к.з., для чого повинна виконуватись третя умова вибору запобіжників

< А (умова виконується).

Лінія до двигуна Д2 ( А) виконується проводами АПРТО перерізом 10 мм², що допускає при прокладанні трьох проводів у трубі струм 47 А. Для раніше вибраної топкої вставки запобіжника Зп2 маємо < А, тобто умову виконано. Лінія освітлення прокладається чотирма проводами відкрито на роликах проводами АПР. Приймаємо провід перерізом 2,5 мм², що допускає струм 24 А. Освітлювальні мережі повинні бути захищені не лише від с.к.з., але і від перевантаження < А, тобто захист забезпечений. Для магістралі, виконаної кабелем ААГ в каналі при навантаженні А, вибираємо площу перерізу жил 16 мм², що допускає струм 60 А. Стосовно до кабелю третя умова виражається нерівністю

< А.

Отже, запобіжник вибраний правильно.

 

Питання для самоперевірки

 

1. Які умови нагрівання проводів і кабелів електричним струмом?

2. Наведіть рівняння теплового балансу одиночного неізольованого проводу.

3. Що таке стала нагріву?

4. Який вигляд має рівняння теплового стану проводу?

5. Поясніть криві нагрівання проводу.

6. Порівняйте час нагріву до усталеної температури неізольованих проводів та електричних двигунів.

7. Що називають номінальним струмом топкої вставки?

8. Назвіть найбільш розповсюдженні типи запобіжників.

9. За якими умовами обирають топкі запобіжники?

10. Чому запобіжники непридатні для захисту двигунів від перевантажень?