Вибір апаратів, що захищають мережу від перегріву
Захистні апарати.Кожна ділянка електрич- ної мережі повинна бути забезпечена пристроями, що захищають, призначення яких — автоматично відключати цю ділянку, якщо по ній почне протікати струм, що перевищує допустимий по нагріванню.
Для захисту мереж напругою до 1 кВ застосовуються: а) плавкі запобіжники; б) автоматичні вимикачі з розчіплювачами; в) теплові реле, які діють магнітний пускач чи контактори.
Для апаратів, що захищають, задаються номінальний струмIном.защ.ап, номінальна напругаUном і залежність часу спрацьовування від струму tзр(i).
Автоматичні вимикачіздійснюють відключення ліній, що живлять електродвигуни, при перевантаженнях або коротких замиканнях. Розчіплювачі автоматичних вимикачів(і відповідно до їх характеристики) бувають трьох типів.
1. Електромагнітний розчіплювач (рис. 6.13,а), для якого час спрацьовування не залежить від струму. Розчіплювач починає працювати при струмі, більшому струму спрацьовуванняIпор. У силову мережу включено послідовно котушкаК,по якій протікає струм; засувкаЗ; пружинаП; контакти розчіплювачаКР,замкнуті в нормальному режимі. Коли струмIпобільшаєIср, під впливом електромагнітного поля сердечник котушки просунеться вліво і звільнить клямку (штрихова лінія), пружина потягне рухомі контакти розчіплювача і вони розімкнуться. Автоматичний вимикач спрацьовує та ланцюг оберігається.
Автоматичні вимикачі з електромагнітними розчіплювачами застосовуються для захисту від струмів КЗ, але не від перевантажень.
2. Тепловий розчіплювач має час спра-вання, що залежить від значення струму (рис. 6.13,б). Прин-
Мал. 6.13. Схеми розчеплювачів та їх часові характеристики:
а – електромагнітний; б-тепловий; в-комбінований
цикл дії аналогічний, але замість котушки засувка звільняється біметалічної платівкою. Ця пластинка нагрівається при перебігу основного струму ланцюга. Коефіцієнти розширення у металів пластинки різні, тому при нагріванні пластинка згинається і звільняє клямку. Аналогічну характеристику мають магнітні пускачі або контактори із тепловими реле. Такі розчіплювачі застосовуються для захисту від перевантаження, оскільки теплові елементи мають велику інерцію і не реагують на пускові струми. Через інерцію теплові розчіплювачі або реле не встигають відключити ланцюг при КЗ. Тому для захисту від струмів КЗ послідовно з пускачами та контакторами з тепловими реле або автоматичними вимикачами з тепловим розчіплювачем ставляться плавкі запобіжники або застосовуються комбіновані розчіплювачі.
3. Комбінований розчіплювач є поєднанням теплового та електромагнітного (рис. 6.13,в). Є котушка та біметалічна пластинка, з'єднані послідовно, і кожна з них може діяти на клямку.
Плавкі запобіжники(ПП) широко застосовуються, як правило, в мережах до 1 кВ. Якщо струм КЗ або перевантаження досягає заданої величини, у плавкому запобіжнику згоряє металева вставка та захищає пошкоджену ділянку мережі, відключаючи її від джерела живлення. Плавкі запобіжники працюють за характеристикою теплового розчіплювача. Плавкі запобіжники ставлять на початку ділянки мережі (рис. 6.14,а).
Номінальним струмом плавкою вставки запобіжника називають такою,найбільший струм, у якому плавка вставка може працювати нескінченно довго, не перегоряючи в лабораторних умовах заводу-виробника (рис. 6.14,б). Найбільший випробувальний струм — такий струм, при якому плавка вставка в лабораторних умовах перегоряє за 1—2 год. Найбільший випробувальний струм у 1,3—1,5 рази більший за номінальний. В умовах експлуатації можна вважати, що плавка вставка через зміни своїх характеристик перегорає за номінального струму. На рис. 6.14,бнаведено характеристики ПП1, 2, 3,які захищають мережу на рис. 6.14,а.
Нехай на ділянці мережі, що захищається ПП3,сталося КЗ (рис. 6.14,в). Вважатимемо, що струми навантажень набагато менші, ніж струм КЗ, при цьому струми у всіх плавких вставках рівні
Першим спрацьовує ПП3,оскільки час спрацьовування найменший (t1
Приклад6.11. Перевіримо за умовами нагріву перетин і виберемо номінальні струми плавких вставок запобіжників для обраної в прикладі 6.5 кабельної мережі (див. рис. 6.8,б), виконаної двома чотири- житловими кабелями 0,4 кВ з паперовою просоченою ізоляцією в алюмінієвій оболонці, прокладеними в траншеї за фактичної температури 0°С та відстані між кабелями 100 мм. Тривалість найбільшого навантаження – 3 год.
Для одного кабелю перетином 70мм2,прокладеного в землі при її температурі 15°С, тривало допустимий струм дорівнює 200 А (див. табл. П.10 ), а допустима температураθдоп = + 80°С. Врахуємо такі поправки: на число працюючих кабелів, що лежать поряд у землі,Кп= =0,9 (див. табл. 6.7); на температуру навколишнього середовища та допустиму температуру кабелюКθ=1,11 (табл. П.11). Визначимо тривало допустимі струми длякабельних ліній за виразом (6.46);
ОскількиIнб12 = 160,5 А;Iнб23 = 100,8 А, тоIнб12 = 0,8Iдод;Iнб23 = 0,5 Iдод, тобто умова (6.47) виконується. Отже, у нормальному режимі роботи проектованої мережі кабелі з перетином жил 10мм2задовольняють умову допустимого нагріву.
Коефіцієнти допустимого навантаження кабелів у післяаварійному режимі відповідно до табл. П.12 становлять: для лінії 12-1.25, а для лінії 23-1,35.
Допустимий струм дорівнює
У післяаварійному режимі найбільші струми в лініях рівні
Умова (6.48) для лінії 12 має такий вигляд: 1,25 . 222 . 222 > 201,6.
Умова (6.48) для лінії 12 не виконується, а для лінії 23 виконується. Отже, для лінії 23 кабель перетином 70мм2задовольняє умову нагріву в післяаварійному режимі, а для лінії 12 той же кабель не задовольняє умову нагріву і не може забезпечити повну передачу. потужності у післяаварійному режимі.
Розглянемо можливість прокладання кабелю з перетином жил 95мм2на ділянці 12.Допустимий струм для одного такого кабелю при температурі землі 0 °С дорівнює
Умова (6.48) для кабелю перетином 95мм2виконується. Отже, кабель із цим перерізом жил задовольняє умову допустимого нагріву як у нормальному, так і післяаварійному режимі лінії. Тому вибираємо для проектованої мережі перетин жил кабелюF12 = =95мм2,F23 = 70мм2.
За табл. П.13 виберемо номінальні струми плавких вставок запобіжників, встановлених на головних ділянках лінії для захисту від перевантажень.
ОскількиIраб12 = 321 А, аIраб23 = 201,6, то лінії 12 вВідповідно до умови (6.50) встановлюємо запобіжник типу ПН-2-400/350 зIном = 350 А, а на лінії 23 ПН-2-400/250 зIном = 250 А.
У міських мережах з переважним освітлювально-побутовим навантаженням пускові струми двигунів [умова (6.53)] не враховуються при виборі плавких вставок запобіжника. Умова селективності роботи запобіжників виконується, оскільки струм плавкою вставки на головній ділянці 12 на два щаблі вище, ніж на лінії 23.