Токовая защита с использованием предохранителей

Предохранитель представляет собой простейший коммутационный аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, изготовленного из изолирующего материала и двух металлических электродов, закрывающих корпус с обоих торцов. Электроды соединяются между собой плавкой вставкой, проходящей внутри корпуса предохранителя.

Принцип действия предохранителей основан на тепловом действии электрического тока. Согласно закону Джоуля-Ленца при прохождении тока по проводнику сопровождается выделением определённого количества тепла.

В нормальном режиме выделяемое в плавкой вставке предохранителя тепло нагревает саму вставку и корпус предохранителя и рассеивается в окружающую среду. Температура нагрева плавкой вставки в нормальном режиме не превышает температуру её плавления.

В режимах к.з. и при перегрузках увеличение тока через плавкую вставку предохранителя приводит к увеличению количества выделяемого тепла, и температура проводника плавкой вставки начнёт повышаться. При значительном увеличении тока (или времени прохождения тока) температура может достичь температуры плавления металла плавкой вставки, вставка плавится (перегорает), и происходит разрыв электрической цепи. Очевидно, чем больше сила тока (или время прохождения тока) по плавкой вставке, тем быстрее она перегорает. На этом явлении и основан принцип действия предохранителей с плавкими вставками.

Предохранитель выполняет функции всех элементов токовой защиты, а также функции измерительного преобразователя тока и выключателя линии. С помощью предохранителей защита осуществляется наиболее просто и дешево (при их использовании не требуется устанавливать трансформаторы тока и напряжения, реле и автоматические выключатели).

В сетях переменного и постоянного тока напряжением до 1 кВ предохранители с плавкими вставками являются основным видом защиты. В некоторых случаях предохранители используются и в сетях переменного тока более высоких напряжений (до 110 кВ), когда они удовлетворяют требуемым параметрам и условиям эксплуатации.

Предохранители применяются для защиты от к.з. и от перегрузки не только линий, но и трансформаторов, электродвигателей и др. электрооборудования, при условии, что минимальное напряжение и ток, а также предельный отключаемый ток соответствуют параметрам сети, если при этом обеспечиваются необходимые чувствительность и селективность.

Предохранители устанавливаются на всех фазах между разъединителем (или рубильником) и защищаемым элементом, для того, чтобы замену перегоревших плавких вставок можно было производить со снятием напряжения.

Предохранители характеризуются следующими техническими параметрами:

− номинальное напряжение предохранителя (U_пр.ном);

− номинальный ток плавкой вставки (I_вс.ном);

− номинальный ток предохранителя (I_{пр.ном );}

− предельный отключаемый ток (I_{откл.макс ).}

Любой предохранитель обладает время-токовой характеристикой плавкой вставки (защитной характеристикой).

Из рис. 3-1 видно, что защитная характеристика плавкой вставки представляет собой зависимость времени разрыва предохранителем цепи от проходящего через предохранитель тока, отнесенного к номинальному току плавкой вставки или к кратности этого тока к номинальному току вставки.

	Рис. 3-1. Защитная (время-токовая) характеристика плавной вставки.

 

Выбор предохранителей, используемых в качестве токовой защиты, должен осуществляться с соблюдением следующих условий:

U_пр.ном. ³U_с

I_пр.ном ³ I_{раб.мах} (3-1)

I_{откл.мах} ³ I_к.мах

 

где:
UС	–	номинальное напряжение сети, в которой используется предохранитель;
Iраб. макс	–	максимальный рабочий ток защищаемой линии;
Iк. макс	–	максимальный ток, проходящий через предохранитель при к.з.

Действительное напряжение сети не должно превышать номинального напряжения предохранителя больше чем на 10%.

Номинальный ток плавкой вставки во всех случаях необходимо выбирать минимальным, при этом плавкая вставка не должна перегорать при прохождении по ней длительного тока нагрузки I_{раб. макс.}.

I_вс.ном = Кн I_н.мах (3-2)

где:
Кн	–	коэффициент надёжности, зависящий от характера нагрузки (постоянной или переменной).

При постоянной нагрузке (например, освещение) Кн=1,1¸1,2.

При переменной нагрузке (например, электродвигатели) необходимо учитывать возможность возникновения кратковременных перегрузок вызванных пусками электродвигателей или технологическими перегрузками механизмов и др. причинами.

Для выполнения этого условия I_вс.ном выбирают таким, чтобы при перегрузке время перегорания плавкой вставки было больше времени перегрузки:

(3-3)

где:
Кпер	–	коэффициент перегрузки

При тяжёлых условиях пуска и самозапуска электродвигателей К_пер принимается 1,5-2, при лёгких пусках К_пер= 2,5.

Селективность токовой защиты на предохранителях достигается путём согласования защитных характеристик смежных участков электрической сети. Например, при к.з. в точке К1 радиальной сети (рис. 3-2) раньше других должна перегореть плавкая вставка предохранителя 1, а при к.з. в точке К2 предохранитель 2 должен сработать раньше предохранителя 3. Поэтому защитные характеристики предохранителей, расположенных ближе к источнику питания, должны лежать выше характеристик предохранителей более удалённых от источника питания элементов сети.

 

	Рис. 3-2. Согласования характеристик предохранителей в радиальной электрической сети.

 

Следует иметь в виду, что в ряде случаев невозможно согласовать предохранители смежных элементов сети из-за нестабильности их защитных характеристик, что существенно ограничивает область их применения.

Выводы: