Выбор максимальной токовой защиты линий
Плавкие предохранители в электросетях до 1000 В
Различают плавкие предохранители с большой тепловой инерцией, т. е. способностью выдерживать значительные кратковременные перегрузки током, и безынерционные, обладающие малой тепловой инерцией и, следовательно, весьма ограниченной способностью к перегрузкам.
К первым относятся все установочные предохранители с винтовой резьбой и свинцовым токопроводящим мостиком, ко вторым — трубчатые предохранители с медным токопроводящим мостиком.
Номинальный ток плавкой вставки Iв для предохранителей с большой тепловой инерцией определяется только по величине длительного расчетного тока линии Iдл из соотношения
Номинальный ток плавкой вставки для безынерционных предохранителей должен удовлетворять двум условиям, одно из которых выражается соотношением (4-5), а другое -одной из приведенных ниже формул (4-6), (4-7) или (4-8).
При защите ответвления к одиночному электродвигателю с нечастыми пусками и длительностью пускового периода не более 2-2,5 сек. (электродвигатели металлообрабатывающих станков, вентиляторов, насосов и т. п.)
при защите ответвления к одиночному электродвигателю с частыми пусками (электродвигатели кранов) или большой длительностью пускового периода (двигатели центрифуг, дробилок и т. п.)
при защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку,
В последних трех формулах:
Iп — пусковой ток электродвигателя, а;
Iкр — максимальный кратковременный ток линии:
где I‘п — пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, а;
I‘дл — длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы двигателей), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей), а.
Для электродвигателей ответственных механизмов с целью особо надежной отстройки предохранителей от толчков тока допускается при выборе предохранителя пользоваться формулой (4-7), принимая знаменатель равным 1,6 независимо от условий пуска электродвигателя, если кратность тока к. з. удовлетворяет условиям, указанным в столбце 3, табл. 7-8.
Номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату выбирается из соотношения 
где Iн.св — номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения, а; ПВ — номинальная продолжительность включения аппарата, выраженная в долях единицы.
Номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату можно принимать равным длительно допустимому току на прокладываемый для питания сварочного аппарата провод.
Технические данные плавких предохранителей приведены в таблицах.
Избирательность защиты плавкими предохранителями магистральной линии с ответвлениями достигается последовательным увеличением величин плавких вставок на отдельных участках линии по мере приближения к пункту питания.
В табл. 4-37 приведены соотношения плавких вставок предохранителей ПН2 на большие и меньшие величины номинального тока для сетей особо ответственного назначения в зависимости от отношения тока короткого замыкания Iк к номинальному току плавкой вставки с меньшей величиной Iв.м, показывающие, какую величину номинального тока плавкой вставки Iв.б следует выбрать, чтобы в любых неблагоприятных условиях обеспечить необходимую избирательность.
Так как приведенные значения выведены для обеспечения избирательности при наименее благоприятных условиях, в обычной практике достаточная надежность получается, если исходить из средних отступлений от типовых характеристик. Необходимые для этих случаев соотношения приведены в табл. 4-38.
| Таблица 4-37 Условия избирательности плавких предохранителей ПН2 для сетей особо ответственного назначения | |||||
|---|---|---|---|---|---|
 | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 и более |
| Плавкая вставка с номинальным током Iв.м меньшей величины, а | Плавкая вставка с номинальным током Iв.б большей величины, а | ||||
| 30 40 50 60 80 100 120 150 200 250 300 400 | 50 60 80 100 120 120 150 200 250 300 400 600 | 60 80 100 120 120 120-150 200 250 300 400 500 >600 | 120 120 120 150 200 250 300 300 400 600 >600 - | 150 200 250 250 250 250 300 300 400 >600 - - | 200 200 250 250 250 250 300 300 400 600 - - |
| Таблица 4-38 Условия избирательности плавких предохранителей ПН2 для сетей нормального назначения | ||||
|---|---|---|---|---|
 | 10 | 20 | 50 | 100 и более |
| Плавкая вставка с номинальным током Iв.м меньшей величины, а | Плавкая вставка с номинальным током Iв.б большей величины, а | |||
| 30 40 50 60 80 100 120 150 200 250 300 400 | 40 50 60 80 100 120 150 200 250 300 400 500 | 50 60 80 100 120 120 150 200 250 300 400 >600 | 80 100 120 120 120 150 250 250 300 400 >600 - | 120 120 120 120 150 150 250 250 300 >600 - - |
Автоматические выключатели и магнитные пускатели
Защита от перегрузки обеспечивается:
1)тепловыми расщепителями автоматических выключателей, действующими с выдержками времени, обратно зависимыми от величины тока перегрузки;
2)электромагнитными расцепителями с выдержкой времени, достаточной для снижения пускового тока электродвигателя до нормального;
3)тепловыми реле с нагревательными элементами магнитных пускателей;
Для защиты от к. з. применяются автоматические выключатели с электромагнитными расцепителями мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность действия.
Для обеспечения избирательности в системах электросетей, защищенных автоматическими выключателями, наименьшая выдержка времени устанавливается у электроприемника.
Одновременная защита линий от перегрузки и к. з. осуществляется применением комбинированных расцепителей, состоящих из двух элементов: одного — для защиты от перегрузки и другого — для защиты от к. з.
Номинальный ток защищающего от перегрузки теплового расцепителя и нагревательного элемента теплового реле магнитного пускателя Iн.т выбирается только по длительному расчетному току линии:
Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматических выключателей Iн.э выбирается также по длительному расчетному току линии:
а ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя Iср.э проверяется по максимальному кратковременному току линии из соотношения
(для ответвления к одиночному электродвигателю максимальный кратковременный ток линии равен пусковому току электродвигателя: Iкр = Iп).
Коэффициент 1,25 в формуле (4-13) учитывает неточность в определении максимального кратковременного тока линии и разброс характеристик электромагнитных расцепителей автоматов.
Ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой определяется по формуле
Выбор сечений проводов и кабелей до 1000В по условию нагревания
Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 в по условию нагревания определяются из таблиц в зависимости от расчетного значения допустимой длительной нагрузки при нормальных условиях прокладки, определяемой как большая величина из двух соотношений:
по условию нагревания длительным расчетным током
и по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты
где Ки — поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;
Кз— кратность допустимого длительного тока для провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата;
Iз — номинальный ток или ток срабатывания защитного элемента, а.
При нормальных условиях прокладки Кп = 1 и соотношения (4-15) и (4-16) упрощаются:
Значения Кз и Iз определяются из табл. 4-50 в зависимости от характера сети, типа изоляции проводов и кабелей и условий их прокладки.
Если допустимая длительная токовая нагрузка, найденная по (4-16) или (4-18) не совпадает с данными таблиц допустимых нагрузок, разрешается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не меньшего, чем это требуется при определении допустимой нагрузки по (4-15) и (4-17). Сечения проводов и кабелей для ответвления к двигателю с короткозамкнутым ротором во всех случаях выбираются в соответствии с (4-15) или (4-17), в которых длительный расчетный ток линии равен: для невзрывоопасных помещений — номинальному току двигателя, а для взрывоопасных-125% номинального тока двигателя напряжением до 1000в.
Во всех случаях должно быть обеспечено надежное отключение защитными аппаратами однофазного к. з., происшедшего в наиболее отдаленных точках сети. Это условие выполняется, если кратность тока однофазного к. з. в сетях глухо заземленной нейтралью не менее 3 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и номинальному току расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.
Для сетей, защищаемых только от токов к. з., завышение токов плавких вставок предохранителей и уставок расцепителей автоматов по сравнению с величинами, регламентированными в табл. 4-50, допускается в необходимых случаях, например для надежной отстройки от токов самозапуска двигателей, при условии, что кратность тока к. з. имеет значение не менее 5 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и не менее 1,5 по отношению к току срабатывания электромагнитного расцепителя автомата.
Сечения проводов и кабелей линии напряжением выше 1000 в по условиям нагревания определяются по длительным расчетным токам согласно (4-15) или (4-17).
| Таблица 4-50 Минимальные кратности допустимых токовых нагрузок на провода и кабели по отношению к номинальным токам, токам трогания или токам уставки защитных аппаратов | ||||
|---|---|---|---|---|
| Значение тока защитного аппарата Iз | Кратность допустимых длительных токов Кз | |||
| Сети, для которых защита от перегрузки обязательна | Сети, не требующие защиты от перегрузки | |||
| Проводники с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией | Кабели с бумажной изоляцией | |||
| Взрыво- и пожароопасные помещения, жилые, торговые помещения и т. п. | Невзрыво- и непожароопасные производственные помещения промышленных предприятий | |||
| Номинальный ток плавкой вставки предохранителей Ток уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) Ток трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (при наличии на автоматическом выключателе отсечки кратность тока ее не ограничивается) | 1,25 1,25 1,0 1,0 | 1,0 1,0 1,0 1,0 | 1,0 1,0 1,0 0,8 | 0,33 0,22 1,0 0,66 |
Пример 4-4
Магистральная линия силовой сети 380/220 в промышленного предприятия питает группу двигателей. Линия выполняется бронированным трехжильным кабелем с алюминиевыми жилами и резиновой изоляцией и прокладывается в помещении с температурой окружающего воздуха +25° С. Длительный расчетный ток линии 100 а и кратковременный ток при самозапуске двигателей 500 а. Условия самозапуска электродвигателей легкие.
Определить номинальный ток плавких вставок, защищающих линию предохранителей типа ПН-2, и выбрать сечение кабеля при следующих условиях:
1. Линия проходит в невзрывоопасном и непожароопасном производственном помещении и должна быть защищена от перегрузки.
2. Линия проходит в пожароопасном помещении и должна быть защищена от перегрузки.
3. Линия должна быть защищена только от к. з.
Решение.
Определяем величину номинального тока плавких вставок, защищающих линию предохранителей, по условию длительного тока из (4-5):
и по условию кратковременного тока из (4-8):
Решающим при выборе плавких вставок оказывается толчок тока при самозапуске электродвигателей. Останавливаемся на предохранителях типа ПН-2-250 с плавкими вставками на номинальный ток 200 а.
Для выбора сечения кабеля пользуемся упрощенными формулами (4-17) и (4-18), так как условия его прокладки нормальны (температура окружающего воздуха +25° С).
Допустимая нагрузка на кабель по условию нагревания длительным расчетным током определяется из (4-17):
и по условию соответствия сечения кабеля плавкой вставке предохранителя из (4-18), в котором значения коэффициента Кз для каждого из рассматриваемых вариантов будут различными.
1.Для кабеля с резиновой изоляцией, защищаемого от перегрузки и проходящего в невзрывоопасном и непожароопасном помещении, из табл. 4-50
Допустимая длительная нагрузка на кабель определяется по (4-18):
По таблице подбираем для трехжильного кабеля с алюминиевыми жилами и резиновой изоляцией при прокладке в воздухе сечение 120 мм2, для которого допустимая нагрузка равна 200 а.
2. Для кабеля, проходящего в пожароопасном помещении и защищаемого от перегрузки, аналогично получим:
Сечение кабеля принимаем равным 150 мм2; допустимая длительная нагрузка для него равна 235 а. Пользуемся указанием о том, что при проверке соответствия сечений проводов и кабелей характеристике защитного аппарата допускается выбирать проводники ближайшего меньшего сечения, чем требуется по расчетному току.
3. Для кабеля, защищаемого только от к. з., получим:
В данном случае сечение кабеля 50 мм2 определяется условием нагревания длительным током (допустимая нагрузка 110 а).
Пример 4-5
На рис. 4-1 представлена схема участка силовой сети промышленного предприятия напряжением 380/220 в. От шин распределительного щита получает питание силовая сборка с автоматическими выключателями, к которой присоединяются шесть асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели 3 и 4 установлены во взрывоопасном помещении класса В 1а, остальные двигатели, распределительные пункты и пусковая аппаратура — в помещениях с нормальной средой. Технические данные двигателей указаны в табл. 4-51. Режим работы двигателей исключает возможность длительных перегрузок; условия их пуска нетяжелые, возможность самозапуска крупных двигателей исключена.
Один из двигателей 1 или 2 всегда находится в резерве; остальные двигатели могут работать одновременно.
Магистральная линия от распределительного щита до силового пункта защищена селективным автоматическим выключателем типа АВ-4С до 500 в и 400 а с максимальными расцепителями с обратно зависимой от тока характеристикой и отсечкой с выдержкой времени 0,6 сек. Линии от силового пункта к электродвигателям защищены установленными в шкафу типа ПР9262-137 автоматическими выключателями типа А3124 на 500 в и 100 а с комбинированными расцепителями.
Магистральная линия от распределительного щита до силового пункта выполнена трехжильным кабелем с бумажной изоляцией марки ААБГ, линии к электродвигателям — проводом с резиновой изоляцией АПРТО и (для взрывоопасного помещения) ПРТО в стальных трубах. Вся проводка проходит в помещениях с температурой воздуха +25° С.
Требуется определить номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и выбрать сечения проводов и кабеля из условия нагревания и соответствия токам расцепителей автоматических выключателей.
| Таблица 4-51 Технические данные электродвигателей | ||||
|---|---|---|---|---|
| Тип | Номинальная мощность, квт | Номинальный ток, а | Кратность пускового тока | Пусковой ток, а |
| А2-81-4 А2-81-4 МА-145-2/6 МА-142-2/8 А02-41-4 А02-41-4 | 40 40 34 4 4 4 | 73,1 73,1 69 10,5 7,7 7,7 | 5,9 5,9 6,5 5 5,7 5,7 | 432 432 448 52,5 43,8 43,8 |
Рис. 4-1. Схема сети
1 - шины 380/220 в распределительного щита; 2 - автоматический выключатель типа АВ-4С; 3 - шины распределительного силового пункта серии ПР-9000; 4 - автоматический выключатель типа А3124; 5 - кнопочный пускатель типа ПНВ-34; 6 - магнитный пускатель типа ПА; 7 - взрывоопасное помещение
Решение
Так как температура воздуха в помещении равна +25° С, то поправочный коэффициент Кп=1 и при выборе сечений проводов и кабелей по условию нагревания следует руководствоваться (4-17) и (4-18).
Линия к электродвигателю 1.
Выбираем комбинированный расцепитель автоматического выключателя А3124 по условию длительного тока линии, равного в данном случае номинальному току электродвигателя 1 ((см. табл. 4-51).
При выборе расцепителя, встроенного в закрытый шкаф автоматического выключателя, необходимо учесть поправочный коэффициент порядка 0,85. Учитывая сказанное, выбираем расцепитель автоматического выключателя по условию длительного тока линии из соотношения
По паспортным данным выбираем комбинированный расцепитель с номинальным током 100 а и током мгновенного срабатывания 800 а.
Проверяем невозможность ложного срабатывания автоматического выключателя при пуске двигателя 1 по (4-13):
Для линии к электродвигателю в невзрывоопасном помещении сечение выбирается по номинальному току двигателя из (4-17) с последующей проверкой по (4-18), исходя из условия защиты сети только от к. з.
Расчетное значение допустимого тока линии получается равным:
По таблице подбираем трехжильный провод с алюминиевыми жилами марки АПРТО сечением 35 мм2, для которого допустимая нагрузка равна 75 а.
Проверяем соответствие выбранного сечения провода аппарату токовой защиты. Так как автоматические выключатели серии А3100 не имеют регулирования тока уставки, кратность допустимого тока линии должна определяться по отношению к номинальному току расцепителя, равному в нашем случае Iз=100 а. По табл. 4-50 находим значение Кз для сетей, не требующих защиты от перегрузки для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой
Подставив числовые значения в соотношение (4-18)
видим, что требуемое условие не выполняется.
Останавливаемся на сечении провода 50 мм2, для которого условие (4-18) выполняется:
105 а>100 а.
Для остальных линий результаты расчета сведены в табл. 4-52 и ниже даются пояснения, связанные с особенностями каждой из них.
Линии к электродвигателю 3.
Линия к электродвигателю 3 имеет следующие особенности. Двигатель 3 установлен во взрывоопасном помещении класса ВIа, в связи с чем:
1)за расчетный ток при выборе сечения линии принимается номинальный ток двигателя, увеличенный в 1,25 раза;
2)во взрывоопасном помещении класса ВIа не разрешается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами, следовательно линия от магнитного пускателя до электродвигателя должна быть выполнена проводом с медными жилами (марки ПРТО).
Линия к электродвигателю 4.
Сечение провода ПРТО от магнитного пускателя до двигателя 4 принято равным 2,5 мм2, так как меньшее сечение для силовых сетей во взрывоопасных помещениях не допускается.
Линия к электродвигателям 5 и 6.
Расчетный ток линии определяется суммой токов двигателей 5 и 6.
Магистральная линия.
Длительная расчетная токовая нагрузка линии по условию примера определяется суммой токов всех электродвигателей, за исключением тока одного из электродвигателей 1 или 2:
Кратковременная токовая нагрузка определяется по (4-9) из условия пуска двигателя 3, у которого толчок пускового тока наибольший:
Выбираем электромагнитный расцепитель автоматического выключателя АВ-4С по условию длительного тока линии:
Выбираем максимальный расцепитель с номинальным током 200 а. Уставку тока срабатывания принимаем на шкале зависимой от тока характеристики 250 а и на шкале не зависимой от тока характеристики (отсечка с выдержкой времени) 1600 а.
Проверяем невозможность ложного срабатывания автоматического выключателя при пуске электродвигателя 3 по (4-13):
Определяем табличное значение допустимого длительного тока для кабеля:
Подбираем трехжильный кабель с алюминиевыми жилами до 3 кв сечением 95 мм2, для которого допустимая нагрузка равна 190 а.
Проверяем соответствие выбранного сечения кабеля аппарату токовой защиты. Так как автоматические выключатели серии АВ имеют регулирование тока уставки на шкале обратно зависимой от тока характеристики, кратность допустимого тока линии должна определяться по отношению к току срабатывания расцепителя в этой части характеристики, равному в нашем случае Iз=250 а. По табл. 4-50 находим значение Кз для сетей, не требующих защиты от перегрузки, для тока срабатывания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой:
Кз = 0,66
Подставив числовые значения в (4-18):
найдем, что требуемое условие выполняется.
| Таблица 4-52 Таблица для выбора расцепителей и сечений проводов и кабелей из примера | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Наименование линий | Расчетный ток линии, а | Номинальный ток расцепителя, а | Уставка тока мгновенного срабатывания расцепителя, а | Кз | Допустимая токовая нагрузка на провод (кабель), а | Марка и сечение провода (кабеля), мм кв | ||||
| длитель-ный | кратко-временный | расчет-ный | приня-тый | расчет-ный | приня-тый | расчет-ный | фактиче-ский | |||
| К электродвигателю 1 К электродвигателю 2 К электродвигателю 3: 1)от силового пункта до пускателя 2)от пускателя до двигателя К электродвигателю 4: 1)от силового пункта до пускателя 2)от пускателя до двигателя К электродвигателям 5 и 6 Магистраль | 73,1 73,1 69 86,3 10,5 13,1 15,4 168 | 432 432 448 - 52,5 - 87,6 547 | 86 86 81,5 - 12,4 - 18 168 | 100 100 100 - 15 - 20 200 | 540 540 560 - 66 - 110 682 | 800 800 800 - 430 - 430 1600 | 1 1 1 1 1 1 1 0,66 | 100 100 100 100 15 15 20 168 | 105 105 105 100 16 21 23 190 | АПРТО 3X50 АПРТО зх50 АПРТО 3X50 ПРТО 3X35 АПРТО 3X2,5 ПРТО 3X2,5 АПРТО 3х4 ААБГ 3X95 |