3.5 Защита осветительных сетей и выбор аппаратов защиты
Осветительные сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания (КЗ), а в ряде случаях также от перегрузки [1].
Защите от перегрузки подлежат сети:
внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией;
осветительные в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в пожароопасных зонах;
всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.
Аппараты, установленные для защиты от токов коротких замыканий и перегрузки, должны быть выбраны так, чтобы номинальный ток каждого из них Iз. (ток плавкой вставки или расцепителя автоматического выключателя) был не менее расчетного тока Iр., рассматриваемого участка сети:
где Iр. – расчетный ток рассматриваемого участка сети, А.
При выборе аппаратов защиты должны учитываться пусковые токи мощных ламп накаливания и газоразрядных ламп высокого давления путем умножения расчетного тока на коэффициент запаса. Коэффициент запаса равный 1,4 принимается для ламп ДРЛ при применении автоматических выключателей с тепловыми или комбинированными расцепителями с уставками менее 50 А, а также для ламп накаливания при применении автоматических выключателей с комбинированными расцепителями на любые значения токов.
Коэффициент запаса равный 1 принимается для всех остальных случаев, а также для люминисцентных ламп.
Осуществляется защита осветительных сетей аппаратами защиты – плавкими предохранителями или автоматическими выключателями, которые отключают защищаемую электрическую сеть при ненормальных режимах.
Для защиты осветительных сетей промышленных, общественных, жилых этажных зданий наибольшее распространение получили однополюсные и трехполюсные автоматические выключатели с расцепителями, имеющие обратно зависимую от тока характеристику, у которых с возрастанием тока время отключения уменьшается.
Аппараты защиты, защищающие электрическую сеть от токов КЗ должны обеспечивать отключение аварийного участка с наименьшим временем с соблюдением требований селективности. Для обеспечения селективности защит участков электрической сети номинальные токи аппаратов защиты (ток плавких вставок предохранителей или токи уставок автоматических выключателей) каждого последующего по направлению к источнику питания следует принимать выше не менее чем на две ступени, чем предыдущего, если это не приводит к завышению сечения проводов. Разница не менее чем на одну ступень обязательна при всех случаях.
Номинальные токи уставок автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам защищаемых участков сети, при этом должно соблюдаться соотношение между наибольшими допустимыми токами проводов Iдоп и номинальными токами аппаратов защиты Iз (табл. 3.6)
где Кз – коэффициент защиты, определяется по таблице 3.5.
Таблица 3.6 Соотношение меду допустимыми токами проводов Iдоп и номинальными токами аппаратов защиты Iз и значение коэффициента защиты Кз
Тип провода при любом способе прокладки
Длительно допустимый ток провода Iдоп при аппарате защиты
Автоматы с обратно зависимой от тока характеристикой
Сети, не защищаемые от перегрузки
Защита осветительных сетей
♦ сети всех видов и назначений во взрывоопасных зонах классов В-I, B-Ia, В-II и ВIIа.
Для защиты осветительных сетей, как правило, используются автоматические выключатели. Предохранители имеют ограниченное применение. Одним из преимуществ автоматов перед предохранителями является возможность использования их не только в качестве аппарата защиты, но и коммутации. Для защиты осветительных сетей следует применять автоматы с расцепителями, имеющими обратно зависимую от тока защитную характеристику. Автоматические выключатели, имеющие только электромагнитный расцепитель, для осветительных сетей применять не рекомендуется.
Считается, что надежное отключение тока КЗ обеспечивается, если отношение наименьшего расчетного тока КЗ (одно-, двух-, трехфазного) к номинальному току расцепителя автомата или плавкой, вставки предохранителя будет не менее трех в невзрывоопасных зонах. Во взрывоопасных зонах это отношение должно быть не менее четырех для предохранителей и шести — для автоматических выключателей с обратно зависимой от тока характеристикой.
Для обеспечения избирательности защиты номинальный ток каждого защитного аппарата рекомендуется принимать на две ступени большим тока следующего аппарата, считая от электроприемника, наиболее удаленного от источника питания. Допускается минимальная разница на одну ступень. Данное указание не относится к вводным автоматам, которые выбираются на наибольший для данного типа ток в целях повышения устойчивости к токам КЗ и которые не предназначаются служить аппаратами защиты.
Номинальные токи уставок автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей следует выбирать по возможности минимальными по расчетным токам защищаемых участков сети.
В осветительных сетях пиковые нагрузки возникают из-за наличия у источников света пусковых токов. У ламп накаливания они обусловлены тем, что сопротивление вольфрамовой нити в холодном состоянии примерно в 15 раз меньше, чем в нагретом. Поэтому пиковый ток при включении ламп накаливания достигает пятнадцатикратного значения рабочего тока. Длительность пикового тока составляет примерно 0,06 с. За это время не срабатывает тепловая защита и не перегорают плавкие вставки предохранителей. Учитывать пиковые токи необходимо при выборе некоторых типов автоматических выключателей с комбинированными расцепителями, чтобы исключить срабатывание отсечки.
Пусковые токи люминесцентных ламп низкого давления незначительны н кратковременны, что дает основание не учитывать их при расчете защиты осветительных сетей от сверхтока. В то же время пусковые токи мощных ламп накаливания, ламп типа ДРЛ, ДРИ и ДНаТ следует принимать в расчет при выборе аппаратов защиты.
Лампы типа ДРЛ и ДРИ имеют кратность пускового тока по отношению к номинальному 1,6. Однако стабилизация рабочего тока происходит примерно за 250 с. Токовая отсечка на пиковый ток указанных ламп не реагирует, но в ряде случаев приходится завышать на 20-40 % номинальные токи тепловых расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей, чтобы избежать их срабатывания при включении освещения. Для того что[1]бы убедиться в том, что защита отстроен; от пусковых токов, необходимо воспользоваться защитными (времятоковыми) характеристиками автоматов и предохранителей.
Номинальный ток плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, применяемых для защиты групповых линий, не должен превышать 25 А. В группах, питающих газоразрядные лампы единичной мощностью 125 Вт и более или лампы накаливания 500 Вт и более, а также в сетях напряжением до 42 В допускается применять защитные аппараты с номинальным током до 63 А. При этом ответвления от этих линий длиной до 3 м при любом способе прокладки и любой длины при прокладке в стальных трубах разрешается не защищать от сверхтоков. Лампы мощностью 10 кВт и более должны питаться отдельными линиями и иметь аппараты защиты, соответствующие их рабочим токам.
Указанные требования к токам защитных аппаратов имеют целью ограничить объем возможных аварий, ускорить нахождение места повреждения и облегчить выяснение причины отказа осветительной линии.
При защите групповых линий автоматами с тепловыми или комбинированными расцепителями, установленными в закрытых шкафах или щитках, рабочий ток групповой линии не должен превышать 90 % номинального тока расцепителя автомата.
Для отстройки аппаратов защиты от пусковых токов источников света должны обеспечиваться отношения тока аппаратов защиты Iз и расчетного тока линии Iр, указанные в табл. 1
Защита от сверхтоков осуществляется в тех местах, где сеть меняет сечение проводников, материал проводников или способ их прокладки, при условии, что эти изменения приводят к уменьшению допустимых токов. В осветительных сетях защитные аппараты устанавливаются, как правило, в осветительных щитках, так как именно в местах их размещения могут выполняться вышеуказанные изменения.
Кроме того, аппараты защиты должны устанавливаться на линиях, отходящих от распределительных щитов, панелей, шкафов и других распределительных устройств, в местах присоединения осветительных сетей к силовым магистралям, на вводах в здание при питании от отдельно стоящих подстанций или подстанций, не обслуживаемых персоналом потребителя, а также со стороны первичного и вторичного напряжения осветительных трансформаторов.
Защита со стороны высшего напряжения не обязательна, если трансформаторы (не более трех) питаются от осветительных щитков самостоятельными группами.
Аппараты защиты осветительных сетей следует располагать по возможности группами в доступных для обслуживания местах. Рассредоточенная установка устройств защиты допускается при питании освещения от распределительных магистралей.
Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей
Все существующие эксплуатируемые или вновь сооружаемые электрические сети должны быть обеспечены необходимыми и достаточными средствами защиты, прежде всего, от поражения электрическим током людей, работающих с этими сетями, участков цепей и электрооборудования от токов перегрузки, токов короткого замыкания, пиковых токов. Эти токи могут привести к повреждению как самих сетей, так и электроприборов, работающих в этих сетях.
Каждая трансформаторная подстанция, каждая воздушная линия, каждая кабельная линия и распределительные внутридомовые сети, каждый электроприёмник имеют аппараты защиты, обеспечивающие их бесперебойную и надежную работу.
Таких аппаратов на данный момент в мире имеется огромный выбор. Их можно подобрать по типу, по способу подключения, по параметрам защиты. Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей очень обширная группа и включает в себя такие аппараты как: плавкие вставки (предохранители), автоматические выключатели, разнообразные реле (токовые, тепловые, напряжения и т. п.).
Плавкие предохранители защищают участок цепи от токовых перегрузок и коротких замыканий. Разделяются на одноразовые предохранители и предохранители со сменными вставками. Используются и в промышленности и в быту. Существуют предохранители работающие на напряжении до 1кВ и так же высоковольтные предохранители установленные, работающие на напряжении выше 1000В (например, плавкие предохранители на трансформаторах собственных нужд подстанций 6/0,4 кВ). Удобство в эксплуатации, простота конструкции и легкость при замене обеспечили предохранителям очень большую распространенность.
Подробнее про плавкие предохранители и их использование для защиты электроустановок смотрите здесь:
Автоматические выключатели играют ту же роль, что и предохранители. Только по сравнению с ними имеют более сложную конструкцию. Но при этом пользоваться автоматическими выключателями гораздо удобнее. В случае возникновении, например, короткого замыкания в сети в следствии старения изоляции, автоматический выключатель отключит от питания повреждённый участок. При этом сам легко восстанавливается, не требует замены на новый и после проведения ремонтных работ будет снова защищать свой участок сети. Так же пользоваться выключателями удобно при проведении каких либо регламентных ремонтных работ.
Производятся автоматические выключатели с широким спектром номинальных токов. Что позволяет подобрать нужный практически под любую задачу. Работают выключатели на напряжении до 1 кВ и на напряжении свыше 1кВ (высоковольтные выключатели).
Высоковольтные выключатели, для обеспечения чёткого расцепления контактов и предотвращения появления дуги производятся вакуумными, наполненными инертным газом или маслонаполненными.
В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели производятся как для однофазных так и для трехфазных сетей. То есть существуют одно-, двух-, трех-, четырехполюсные выключатели контролирующие три фазы трехфазной сети.
Например, при появлении короткого замыкания на землю одной из жил питающего кабеля электродвигателя автоматический выключатель отключит питание на всех трех, а не на одной поврежденной. Так как после исчезновения одной фазы электродвигатель продолжил бы работу на двух. Что не допустимо, так как является аварийным режимом работы и может привести к преждевременному выходу его из строя. Автоматические выключатели производятся для работы с постоянным и переменным напряжением.
Подробнее про автоматические выключатели смотрите здесь:
Про выключатели на напряжение выше 1000В:
Так же для защиты электрооборудования и электрических сетей разработано множество разнообразных реле. Под каждую задачу можно подобрать необходимое реле.
Тепловое реле — самый распространённый тип защиты электродвигателей, нагревателей, любых силовых приборов от токов перегрузки. Принцип его действия основан на возможности электрического тока нагревать проводник, по которому он протекает. Основная часть теплового реле – биметаллическая пластина. Которая при нагревании изгибается и тем самым разрывает контакт. Нагрев пластины происходит при превышении током его допустимого значения.
Токовые реле , контролирующие величину тока в сети, реле напряжения , реагирующие на изменения напряжения питания, реле дифференциального тока , срабатывающие при возникновения тока утечки.
Как правило такие токи утечки весьма малы, и автоматические выключатели совместно с предохранителями на них не реагируют, но могут вызвать смертельное поражение человека при контакте его с корпусом неисправного прибора. При большом количестве электроприёмников требующих подключения через дифференциальное реле, для уменьшения габаритов силового щита, питающего эти электроприёмники, используют комбинированные автоматы.
Сочетающие в себе устройства автоматического выключателя и дифференциального реле (автоматы дифференциальной защиты или дифавтоматы). Часто использование таких комбинированных защитных устройств бывает весьма актуально. При этом снижаются габариты силового шкафа, облегчается монтаж и следовательно уменьшаются затраты на установку.
На основе реле на производстве собирают шкафы релейных защит. Сборные шкафы релейных защит обеспечивают стабильную работу потребителей разных категорий. Примером подобной защиты является собранный на базе реле и цифровых блоков защит автоматический ввод резерва (АВР). Надежный способ обеспечения потребителей резервным электроснабжением, при потере основного.
Для работы АВР необходимо наличие хотя бы двух источников питания. Для потребителей первой категории наличие устройства АВР является обязательным условием. Так как перебои в электроснабжении для этой категории потребителей может привести к опасности для жизни людей, нарушению технологических процессов, материальному ущербу.
Устройства защиты должны выбираться согласно параметрам потребителя, характеристике проводников, токов короткого замыкания, типа нагрузки.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Характеристики автоматических выключателей
«Почему вышибает новые автоматы?» или наоборот «Почему не срабатывают во время аппараты защиты?». И, как показывает все та же практика ответы на эти элементарные вопросы разнятся в большинстве своем. Многие электрики ссылаются на не правильное распределение нагрузки сети, ссылаясь на то, что при грамотном распределении нагрузки на сеть проблем не возникнет, но это не совсем верно. Ведь помимо такого распределения необходимо еще выбрать нужные аппараты защиты сети, которые своевременно смогут обеспечить защиту потребителей. И опять же при выборе автоматов защиты возникают спорные вопросы между специалистами. Многие утверждают, что при расчетах нагрузки на линию необходимо выбирать автомат большего значения, чем суммарная токовая нагрузка, не учитывая при этом его характеристики и как следствие – несвоевременная защита потребителя тока.
Для того чтобы выбрать правильный автомат защиты давайте немного их рассмотрим и обратимся к ПУЭ.
ПУЭ-7 п.3.1.3-3.1.7 ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТАМ ЗАЩИТЫ.
3.1.3
Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети
Допускается установка аппаратов защиты, нестойких к максимальным значениям тока КЗ, а также выбранных по значению одноразовой предельной коммутационной способности, если защищающий их групповой аппарат или ближайший аппарат, расположенный по направлению к источнику питания, обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ, для чего необходимо, чтобы ток уставки мгновенно действующего расцепителя (отсечки) указанных аппаратов был меньше тока одноразовой коммутационной способности каждого из группы нестойких аппаратов, и если такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования и материалов или расстройством сложного технологического процесса.
3.1.4
Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т. п.).
3.1.5
В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители. Для обеспечения требований быстродействия, чувствительности или селективности допускается при необходимости применение устройств защиты с использованием выносных реле (реле косвенного действия).
3.1.6
Автоматические выключатели и предохранители пробочного типа должны присоединяться к сети так, чтобы при вывинченной пробке предохранителя (автоматического выключателя) винтовая гильза предохранителя (автоматического выключателя) оставалась без напряжения. При одностороннем питании присоединение питающего проводника (кабеля или провода) к аппарату защиты должно выполняться, как правило, к неподвижным контактам.
3.1.7
Каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значения номинального тока аппарата, уставки расцепителя и номинального тока плавкой вставки, требующиеся для защищаемой им сети. Надписи рекомендуется наносить на аппарате или схеме, расположенной вблизи места установки аппаратов защиты.
Далее не будем рассматривать все характеристики автомата, для данной статьи нам нужна лишь одна – времятоковая характеристика автомата.
На каждом автомате имеется буковка (А, В, С, D, К, Z, MA). Это обозначение и есть данная характеристика. Чтобы объяснить проще, это классификация по времени срабатывания автомата.
Защитные устройства класса А
Автоматы типа А обладают самой высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель в устройствах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении силой тока номинала автомата на 30%.
Катушка электромагнитного расцепления обесточивает сеть в течение примерно 0,05 сек, если электроток в цепи превышает номинальный на 100%. Если по какой-либо причине после увеличения силы потока электронов в два раза электромагнитный соленоид не сработал, биметаллический расцепитель отключает питание в течение 20 – 30 сек.
Автоматы, имеющие времятоковую характеристику А, включаются в линии, при работе которых недопустимы даже кратковременные перегрузки. К таковым относятся цепи с включенными в них полупроводниковыми элементами.
Защитные устройства класса B
Аппараты категории B обладают меньшей чувствительностью, чем относящиеся к типу A. Электромагнитный расцепитель в них срабатывает при превышении номинального тока на 200%, а время на срабатывание составляет 0,015 сек. Срабатывание биметаллической пластины в размыкателе с характеристикой B при аналогичном превышении номинала АВ занимает 4-5 сек.
Оборудование этого типа предназначено для установки в линиях, в которые включены розетки, приборы освещения и в других цепях, где пусковое повышение электротока отсутствует либо имеет минимальное значение.
Автоматы категории C
Устройства типа C наиболее распространены в бытовых сетях. Их перегрузочная способность еще выше, чем у ранее описанных. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.
Установка автоматических выключателей с времятоковой характеристикой C, как мы и говорили, обычно производится в бытовых сетях. Они отлично справляются с ролью вводных устройств для защиты общей сети, в то время как для отдельных веток, к которым подключены группы розеток и осветительные приборы, хорошо подходят аппараты категории B.
Это позволит соблюсти селективность защитных автоматов (избирательность), и при КЗ в одной из веток не будет происходить обесточивания всего дома.
Автоматические выключатели категории D
Эти устройства имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз.
Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек.
Устройства с характеристикой D наиболее часто используются в общих сетях зданий и сооружений, где они играют подстраховочную роль. Их срабатывание происходит в том случае, если не произошло своевременного отключения электроэнергии автоматами защиты цепи в отдельных помещениях. Также их устанавливают в цепях с большой величиной пусковых токов, к которым подключены, например, электромоторы.
Защитные устройства категории K и Z
Автоматы этих типов распространены гораздо меньше, чем те, о которых было рассказано выше. Приборы типа K имеют большой разброс в величинах тока, необходимых для электромагнитного расцепления. Так, для цепи переменного тока этот показатель должен превышать номинальный в 12 раз, а для постоянного – в 18. Срабатывание электромагнитного соленоида происходит не более чем через 0,02 сек. Срабатывание теплового расцепителя в таком оборудовании может произойти при превышении величины номинального тока всего на 5%.
В заключении хочется сказать, что, обращая внимание на данную характеристику автомата, можно обеспечить наиболее лучшую защиту вашей электросети и потребителей. Но не нужно забывать, что помимо автоматов защиты существует множество других аппаратов, которые облегчают жизнь вашим приборам и вашим нервам.