Расчетная проверка предохранителей и автоматических выключателей

Расчетная проверка предохранителей и автоматических выключателей

Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя или плавкой вставки предохранителя должен быть не менее наибольшего возможного тока длительной нагрузки в его цепи. Последний должен определяться с учетом возможного увеличения нагрузки при резервировании другого трансформатора напряжения. Кроме того, ток, соответствующий отключающей способности предохранителя, или максимальный допустимый при КЗ ток расцепителя автоматического выключателя должен быть не менее максимального тока КЗ в месте установки этого защитного аппарата.
При малых значениях тока нагрузки, как, например, у трансформаторов напряжения 6-20 кВ, работающих в классе точности 0,5 и 0,2 в цепи питания счетчиков или в цепи дополнительных обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, номинальный ток предохранителя или автоматического выключателя сопоставляется только с его отключающей способностью. Для обеспечения надежного действия предохранителей номинальный ток плавких вставок должен быть меньше максимального значения тока КЗ не менее чем в 4-5 раз. Коэффициент чувствительности электромагнитного расцепителя (отсечки) автоматического выключателя (отношение максимального значения тока КЗ к наибольшему току срабатывания этого расцепителя) должен быть не менее 1,5.
Наиболее широкое распространение для защиты трансформаторов напряжения получили автоматические выключатели АП50 с электромагнитным и тепловым расцепителями. Особенности применения автоматических выключателей в цепи основных обмоток следующие.
При включении на линию электромагнитных трансформаторов напряжения типа НКФ необходимо учитывать необходимость отстройки отсечки автоматического выключателя от бросков емкостного тока, возникающих при снятии напряжения с линии. Эти броски тока кратковременно проходят во вторичных цепях по автотрансформаторам, предназначенным для регулирования уставок дистанционных защит, и могут быть примерно 50-60 А.
Для предотвращения отключения автоматических выключателей при указанных бросках емкостного тока ток срабатывания электромагнитного расцепителя следует принимать равным

где /2емк — максимальное значение броска емкостного тока во вторичных цепях; кн — коэффициент надежности, равный 1,3.
При кратности срабатывания 3,5 номинальный ток расцепителя должен быть
Эффективность такой отстройки от бросков емкостного тока должна проверяться при наладке следующим образом.
Номинальный ток неселективного автоматического выключателя, устанавливаемого на щите в цепи удаленных нагрузок, рекомендуется всегда принимать равным 2,5 А. При этом обеспечивается надежная работа электромагнитного расцепителя при КЗ за сопротивлением проводов (в одной фазе) до 3 Ом. Поскольку при КЗ за таким сопротивлением напряжение в месте установки автоматического выключателя будет выше 0,9 Uном, вполне допустима ликвидация более удаленных КЗ с помощью теплового расцепителя, который надежно срабатывает при повреждении, за кабелем с жилами сечением 1,5 мм2 длиной до 650 м.
В то же время максимальное значение тока КЗ за этим автоматическим выключателем всегда будет меньше допустимого по его отключающей способности (7к тах = 400 А), так как, согласно «Методическим указаниям по эксплуатации автоматических воздушных выключателей серии АП50», полное сопротивление одного полюса автоматического выключателя АП50 с электромагнитным и тепловым расцепителями на номинальный ток 2,5 А составляет 0,32 Ома.
Применение и расчетная проверка автоматических выключателей в цепи дополнительных обмоток имеет свои особенности:
ток нагрузки в линейных и фазных проводах обычно не превышает 1 А, в этих цепях, как правило, устанавливаются автоматические выключатели с /ном = 2,5 А. Проверка применимости этих выключателей по отключающей способности не требуется. Такая проверка должна производиться только для автоматических выключателей без теплового расцепителя. При этом для трансформаторов напряжения с номинальным напряжением дополнительных обмоток 100/3 В в связи с малым значением сопротивления ZK необходимо при определении тока КЗ учитывать сопротивление проводов от выводов трансформатора до автоматического выключателя;
в цепи 3 U0 (в нулевом проводе) трансформаторов напряжения до 35 кВ должен устанавливаться автоматический выключатель только с тепловым расцепителем, чтобы не разрывать цепь 3 UQ при повреждении между линейными и нулевым проводами. При отсутствии нулевого провода автоматический выключатель в цепи 3 U0 может иметь только электромагнитный расцепитель.
Для оценки чувствительности автоматических выключателей и предохранителей определяется минимальное значение тока КЗ в наиболее удаленных точках цепей напряжения.
Коэффициент чувствительности вычисляется по выражению

или для автоматических выключателей АП50

В тех случаях, когда электромагнитный расцепитель автоматического выключателя при КЗ за кабелем удаленной нагрузки (измерительные приборы, цепи синхронизации) окажется нечувствительным, допустимо ликвидировать повреждение за этим кабелем с помощью теплового расцепителя, если при минимальном токе при этом повреждении напряжение на щите (в начале кабеля удаленной нагрузки) будет не ниже 0,9Uном. При более глубоком снижении напряжения или при недостаточной чувствительности теплового расцепителя (кч < 1,5) необходима установка неселективного автоматического выключателя в цепи этого кабеля.
Надежность действия теплового расцепителя обеспечивается при

Ликвидация КЗ даже на наиболее удаленных панелях реле защиты и автоматики с помощью теплового расцепителя недопустима. Поэтому при недостаточной чувствительности электромагнитного расцепителя следует для повышения коэффициента чувствительности до kч>1,5 увеличить ранее выбранное сечение жил кабеля до этой панели либо установить в цепях кабелей, питающих панели защиты, неселективные автоматические выключатели.

Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков — ГОСТ Р 50345-99 — Координация между выключателями и предохранителями

D.1 Введение
Чтобы обеспечить координацию между выключателями и плавкими предохранителями, необходимо рассмотреть их характеристики (см. рисунок D.1).
Если выключатель имеет максимальные расцепители тока с регулируемой уставкой, следует соотносить время отключения с конкретной уставкой.
Относительно плавких предохранителей следует ссылаться на соответствующую часть публикации МЭК 60269 [1].
Наложение друг на друга рабочих характеристик двух аппаратов, для каждого из которых на оси абсцисс обозначается ожидаемый ток, неточно, если имеется в виду поведение этих аппаратов, соединенных последовательно, поскольку не всегда можно пренебречь полным их сопротивлением; это рекомендуется учитывать. При высоких сверхтоках рекомендуется сопоставить не длительность, а значения I2t.
Выключатели часто соединяют последовательно с автономными плавкими предохранителями по причине выбранного метода распределения энергии в системе или недостаточной наибольшей отключающей способности самого выключателя для предполагаемого применения. Плавкие предохранители можно устанавливать вдали от выключателя. Один или несколько плавких предохранителей могут защищать главный фидер, питающий несколько выключателей или один автономный выключатель.
Как правило, в такой комбинации плавкие предохранители располагают на входной стороне выключателя. Однако специальные инструкции по монтажу могут предписывать их установку со стороны нагрузки выключателя. Проблемы координации в обоих случаях одинаковы.
От потребителя или компетентной службы может потребоваться чисто теоретически принимать решение, как лучше обеспечить оптимальный уровень координации. Настоящее приложение призвано помочь в принятии такого решения и показать, какого характера информацию должен изготовитель выключателей предоставить потенциальному потребителю.
Термин «координация» подразумевает как избирательность (т. е. селективность срабатывания) так и резервную защиту.
Ориентировочно излагаются также требования к испытаниям, если такие испытания считают существенными для предполагаемого применения. Но в подавляющем большинстве случаев дорогостоящие и сложные испытания не нужны. Это относится к самым разнообразным областям применения, например, когда ожидаемый ток короткого замыкания ниже номинальной наибольшей отключающей способности одного выключателя или незначительно ее превышает.
Это приложение можно использовать для руководства по координации выключателей с другими защитными аппаратами, помимо плавких предохранителей.

D.2 Область распространения и цель,
Настоящее приложение служит инструкцией по координации выключателей с автономными плавкими предохранителями, соединенными в одной цепи.
Цель настоящего приложения заключается в установлении:
— общих требований по координации выключателя с одним или несколькими плавкими предохранителями;
— методики испытаний (если требуется), предназначенных для проверки соблюдения условий координации.

D.3 Общие требования к координации автоматических выключателей с одним или несколькими плавкими предохранителями, соединенными с ним
D.3.1 Общие положения

В идеальных условиях координация должна осуществляться так, чтобы при всех значениях сверхтока вплоть до предела номинальной отключающей способности выключателя срабатывал только этот выключатель.
На практике действительны такие соображения:
а) если ожидаемый аварийный ток в месте установки ниже номинальной отключающей способности выключателя, можно предположить, что один или несколько плавких предохранителей предусматривается в цепи по причинам, не связанным с резервной защитой; если же ток координации IB (см. 3.5.14.2) слишком низкий, возможна опасность потери селективности (т. е. селективного срабатывания);
б) если ожидаемый аварийный ток в месте установки превышает номинальную отключающую способность выключателя, один или несколько плавких предохранителей следует выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить соответствие требованиям D.3.2 и D.3.3.
D.3.2 Ток координации IB не должен превышать номинальной отключающей способности самого выключателя.
D.3.3 Поведение выключателя в комбинации с плавкими предохранителями
При любых значениях сверхтока вплоть до отключающей способности, установленной для комбинации:
— во время замыкания автоматического выключателя и отключения тока комбинацией не должны возникать внешние проявления (такие как выброс пламени), распространяющиеся за пределы, указанные изготовителем;
— недопустимы перекрытия между полюсами либо между полюсами и корпусом или сваривания контактов.
См. также D.5.2 и D.5.3.

D.4 Тип и характеристики плавких предохранителей, входящих в комбинацию
По запросу изготовитель выключателей должен указать тип и характеристики плавких предохранителей согласно ГОСТ Р 50339.0 и ГОСТ Р 50339.3, предписанных для использования с этим выключателем, и максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, на который рассчитана эта комбинация при указанном номинальном рабочем напряжении.
По возможности плавкие предохранители следует помещать на входной стороне выключателя. Если плавкие предохранители находятся на выходной стороне, важно так спроектировать соединения между выключателем и плавкими предохранителями, чтобы свести к минимуму опасность короткого замыкания.

D.5 Методика проверки координации
D.5.1 Определение тока координации
Соответствие требованиям D.3.2 проверяют путем сопоставления рабочих характеристик выключателя и плавкого предохранителя.
Если выключатель оснащен максимальными расцепителями тока с регулируемой уставкой (см. 1.12), надлежащие рабочие характеристики должны соответствовать минимальной токовой уставке.
D.5.2 Проверка поведения комбинации выключатель — плавкий предохранитель (в условиях короткого замыкания)
а) Соответствие требованиям D.3.3 можно проверить только испытаниями по D.5.3. В этом случае все условия испытания должны определяться 9.12, с установкой регулируемых сопротивлений и катушек индуктивности со стороны комбинации.
б) в некоторых практических случаях может оказаться достаточно сравнить рабочие характеристики выключателя и плавкого предохранителя, построенные в одинаковых масштабах, уделив особое внимание:
— значениям I2t выключателя и плавкого предохранителя во время отключения тока;
— влиянию на выключатель (например, энергии дуги, максимального пикового тока и т. п.) при пиковом токе отсечки плавкого предохранителя.
Пригодность данной комбинации можно оценить путем рассмотрения максимальной рабочей характеристики I2t плавкого предохранителя в диапазоне от номинальной наибольшей отключающей способности выключателя до ожидаемого тока короткого замыкания в предполагаемой области применения, но не за пределами наибольшей отключающей способности комбинации. Это значение не должно превосходить максимального значения I2t выключателя при его номинальной отключающей способности или другом предельном значении, указанном изготовителем.
D.5.3 Ток для проверки координации по току в условиях короткого замыкания
Испытание на короткое замыкание проводят при максимальном ожидаемом токе для данной области применения. Он не должен превышать максимального ожидаемого тока короткого замыкания, установленного изготовителем для комбинации.
Кроме того, если IB близок к номинальной предельной отключающей способности (Icn) выключателя, например превышает 80 % Icn, необходима дополнительная серия испытаний при ожидаемом токе, равном 120 % Icn. По крайней мере один из плавких предохранителей должен сработать.
Таким дополнительным испытаниям может быть подвергнут новый и чистый выключатель по просьбе изготовителя.
Если испытания проводят согласно D.5.2, следует выполнить испытание СО по 9.12.11.4.3 и 9.12.12.2
D.5.4 Требуемые результаты
См. D.3.3.

I — ожидаемый ток короткого замыкания; Icn — номинальная наибольшая отключающая способность; Is — предельный ток селективности; IB — ток координации; А — минимальная преддуговая характеристика предохранителя; В — максимальная рабочая характеристика предохранителя; С — максимальная время-токовая характеристика и характеристика I2t автоматического выключателя.
Рисунок D.1 — Время-токовая характеристика и характеристика I2t

О селективности предохранителей и автоматических выключателей

Правильный выбор параметров электрических аппаратов обеспечивает селективность защиты электрической сети. Селективность или, проще говоря, избирательность защиты делает возможным срабатывание аппаратов на каждом конкретном участке защиты. Это уменьшает ущерб при авариях, так как отключается только защищаемая цепь, а остальные параллельные ветви остаются в работе.

На базе предохранителей селективность защиты реализуется довольно легко: далее в статье будет рассмотрен этот принцип. Избирательность защиты может быть достигнута также и в комбинациях с другими защитными устройствами, например, с автоматическими выключателями.

Рекомендуем ознакомиться с основными определениями селективности, которые были рассмотрены в предыдущей статье: полная и частичная селективность, зона перегрузки и короткого замыкания.

Селективность между предохранителями

Построить селективную защиту на предохранителях несложно, так как их кривые плавления практически на всем диапазоне тока проходят параллельно и не пересекаются.

В радиальной электрической сети избирательности защиты можно добиться, применяя предохранители общего назначения gG. Нет необходимости производить какие-либо сложные расчеты — достаточно того, чтобы соотношение между номиналами последовательно соединенных плавких вставок предохранителей составляло не менее 1,6 (ГОСТ 31196.2.1-2012).

Для низковольтных предохранителей других типов, а также высоковольтных предохранителей избирательность защиты определяется на основании характеристик аппаратов, содержащихся в документации производителя.

Селективность между предохранителями и выключателями

Рассмотрим случай, когда нужно обеспечить селективность высоковольтного предохранителя и низковольтного выключателя. Это важно, так как замена предохранителя требует больше времени, чем повторное включение автоматического выключателя.

Сравнение время-токовых характеристик воздушного выключателя и высоковольтного предохранителя показывает, что такое расположение защитных аппаратов обеспечивает лишь частичную селективность. Из-за отличия время-токовых характеристик выключателя и предохранителя появляется ток частичной селективности Is. В конкретном примере ток частичной селективности Is можно повысить, установив мгновенное срабатывание воздушного выключателя в зоне короткого замыкания (без выдержки времени). Это важно, так как аппарат защиты со стороны нагрузки (выключатель), должен срабатывать раньше, чем высоковольтный предохранитель. Поэтому необходимо настроить защиту так, чтобы расчетный ток короткого замыкания Iкз оказался меньше тока частичной селективности Is.

Если принятых мер оказалось недостаточно, то следует применить токоограничивающие автоматические выключатели. Функция электродинамического отброса силовых контактов, реализованная автоматических выключателях такого типа, позволяет быстрее отключать поврежденную цепь, не давая току короткого замыкания достичь своего максимального значения.

Рассмотрим другой случай: ввод в ГРЩ защищает воздушный автоматический выключатель, а на защите отходящих линий стоят предохранители. Если время-токовая характеристика предохранителя скорее может быть названа «неподвижной», то с характеристикой воздушного выключателя дело обстоит иначе — ее можно корректировать. Например, изменяя уставку тока срабатывания в зоне короткого замыкания, можно добиться того, что время-токовые характеристики защитных аппаратов не будут пересекаться. Таким образом, и автоматический выключатель и предохранитель будут работать в своей зоне. По графикам время-токовых характеристик видно, что воздушный выключатель на 4000 А и нижестоящий предохранитель на 630 А образуют селективную защиту.

Следуя несложным правилам, описанным в этой статье, вы сможете создавать надежные селективные защиты на базе предохранителей и автоматических выключателей.

Плавкий предохранитель или автоматический выключатель — что и где лучше использовать?

Разная конструкция — одинаковое предназначение. И плавкие предохранители, и автоматические выключатели рассчитаны на разрыв силовой цепи при перенапряжении или коротком замыкании. Вот только разница между ними существенная: автомат — прибор многоразового использования, а предохранитель одноразовый.

При срабатывании автомата Вы должны найти и устранить проблему и повторно включить его. Обычно они рассчитаны на включение/выключение до 20000 раз (а то и больше) — это называется механической износостойкостью. Знайте, что если подать ток больше, чем отключающая способность, автомат может не разомкнуть цепь.

Предохранители срабатывают в 100% случаев. Плавкая вставка крепится в специальный держатель и может быть как цилиндрической так и ножевой (круглая и прямоугольная форма). Внутри есть стальная проволока или нить, которая при перегрузке или КЗ перегорает, тем самым размыкая электрическую цепь. Толщина (сечение) зависит от того, при какой нагрузке она должна сработать.

Логично, что тонкая нить перегорит быстрее и выдержит меньше, чем толстая проволока. Плавкая вставка не подлежит починке — после срабатывания она выбрасывается.

Один автомат может защитить трехфазную сеть, но предохранители устанавливаются на каждую фазу отдельно — есть держатели на несколько полюсов (вставок).

Что было первое

Приведем пример простого бытового использования. Вспомните старые счетчики с пробками. В пробку внутри вставлялась цилиндрическая плавкая вставка, которая срабатывала при возникновении проблем в электросетях. Помните фразу «пробки перегорели»? На самом деле перегорали не пробки, а всего лишь расходник.

Цилиндр полагалось заменить и поставить пробки на место. Но запасная вставка не всегда оказывалась под рукой, да и в целях экономии (наперед скажем, мнимой), умельцы придумали «жучки» — тонкая медная проволока, которая наматывалась на контактные площадки.

Суть такого ноу-хау заключался в том, что при перегрузке или КЗ, должен был сгореть сам «жучок», а предохранитель остаться целым. Ведь вставку нужно покупать новую, а проволоки дома сколько угодно.

В чем заключалась опасность

Теперь вспомним, зачем вообще нужен предохранитель — чтобы защитить дом от пожара и электрооборудование от разрушительных токов. Защитит он только в том случае, если сам перегорит, и тем самым разомкнет цепь. Но если мы умышленно сделали так, чтобы он не перегорел, что будет? Правильно, оказывается, что проводка абсолютно без защиты. Пожар или выход из строя аппаратуры обеспечен.

Те, кто устанавливал жучки, пытались подобрать проволоку соответствующего сечения, чтобы она выдерживала только определенную нагрузку. Но даже когда такой «жучок » сработает, ток уже может достичь разрушительной величины.

Автоматический выключатель пришел на смену старых пробок

Изначально были созданы так называемые автоматические пробки. Когда пробки «выбило», не нужно менять вставку, или использовать жучки — нужно устранить причину срабатывания и нажать кнопку на корпусе. На каждом приборе указывается максимально допустимый ток — тот, при котором пробка выбьет.

Первый автоматический выключатель был изобретен в 1836 году американским ученым Чарльзом Графтоном Пэйджем. Привычная нам конструкция была запатентована швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie в 1924 году.

Если разобраться, то и пробковые, и уже привычные нам модульные автоматы, имеют одинаковый принцип работы — в основе лежит биметаллическая пластина, которая нагревается при определенной нагрузке и, выгибаясь, размыкает контакты.

Сегодня используются как плавкие предохранители, так и АВ.

Целесообразность использования — где и какой вариант ставить

О преимуществах мы знаем. Теперь поговорим о целесообразности применения. Плавкие предохранители используйте для:

• временной защиты электрических цепей — например, при ремонте или строительстве, когда еще нет распределительного щитка, но защита нужна;
• для предотвращения кражи АВ на больших строительных объектах — чаще всего модульную аппаратуру устанавливают перед самой сдачей объекта;
• при небольших нагрузках их использовать намного дешевле, так как АВ с небольшим номинальным током, например, на 0,5А стоит дороже, чем прибор того же производителя на 25А.

АВ отлично подойдут для установки в быту. Особенно помогут, если Вам нужно на время обесточить дом или комнату — нужно просто опустить рычаг. Также оправдана их установка на объектах, где относительно часто бывает перегруз — дешевле купить единожды автомат, чем каждый раз менять вставку.

Выбираем защиту по критериям

Выбор автоматических выключателей прежде всего обусловлен такими характеристиками:

• Количество полюсов (сколько линий защищает) — сегодня модульные автоматические выключатели продаются в виде 1-о до 4-х полюсых.
• Характеристика срабатывания расцепителей. Есть В, С и D — задержка времени срабатывания по возрастающей.
• Номинальный ток — показатель, при котором прибор сработает.

Выбирая плавкую вставку:

1. Определите вид вставки: цилиндрическая или ножевая — на том же сайте можно (они не взаимозаменяемые, естественно).
2. Выберите необходимый габарит — в противном случае не поместится в держатель.
3. Номинальный ток.

Очень детально расписаны характеристики в каталоге «АксиомПлюс». Выбрать нужный прибор можно за считанные минуты.

Идеальная защита для дорогого электрооборудования

Для стопроцентной защиты дорогого и критически важного оборудования в добавку к автоматическим выключателям устанавливают плавкие предохранители (по принципу селективности). В случае перегруза большего, чем запас прочности автоматического выключателя, предохранитель сработает наверняка. Купить новое низковольтное защитное оборудование дешевле, чем локализовать пожар или заменить электроприборы.

Не стоит игнорировать срабатывания

Когда сработал защитный прибор, не стоит бездумно включать его обратно. Выясните, что стало причиной, и устраните проблему. Только в таком случае можете сказать, то никакие перегрузки и КЗ Вам не страшны.