Выбор аппаратов защиты

Для защиты электрических цепей от действия токов короткого замыкания используются плавкие предохранители или автоматические выключатели. Данные аппараты служат для отключения поврежденных элементов сети электроснабжения при возникновении коротких замыканий в них. Также защитные аппараты должны обеспечивать селективность, то есть свойство аппаратов реагировать на повреждение и отключать поврежденный элемент сети ближайшим аппаратом. Это означает, что отключается только поврежденный элемент, а остальные продолжают работать.

Предохранители являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранитель включают последовательно в фазу защищаемой цепи. Их применяют для защит от токов коротких замыканий (К.З.). защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки будут выбраны с запасом по току, превышающем примерно на 25% номинальный ток плавких вставок.

Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи на 30-50% выше номинальных токов в течении 1ч. и более. При токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60-100%, они плавятся за время, меньшее 1ч.

Наибольшее распространение для защиты внутрицеховых сетей до 1000 В получили предохранители НПН-60 – насыпной предохранитель неразборный; ПР2 – предохранитель разборный; ПН2 – предохранитель насыпной разборный. По конструктивному выполнению предохранители можно разделить на две группы: с наполнителем (ПН2, НПН, ПП17 и др.), наполненные мелкозернистым кварцевым песком; без наполнителя (ПР2). Основные предохранители рассчитаны на номинальные токи 15 – 1000 А

Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания цепей при ненормальных режимах (К.З., перегрузках), для редких оперативных переключений (3 – 5 в час) при нормальных режимах, а также при недопустимых снижениях напряжения, заменяют рубильники и предохранители. По сравнению с предохранителями автоматические выключатели обладают рядом преимуществ: после срабатывания автоматический выключатель снова готов к работе, в то время как в предохранителе требуется замена калиброванной плавкой вставки, что увеличивает время простоя электроприемника; у автоматических выключателей более точные защитные характеристики; они совмещают функцию коммутации и защиты электрической цепи; некоторые автоматические выключатели выпускают с независимым расцепителем, позволяющим осуществить дистанционное отключение электросети и др. функции.

Для защиты от коротких замыканий применяют электромагнитные расцепители мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность действия. одновременная защита цепи от К.З. и от перегрузки осуществляется за счет применения комбинированных расцепителей, состоящих из двух элементов, один защищает от К.З., а другой – от перегрузок.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к. з. и значительных перегрузок (свыше 225%) на кранах предусматривается максимальная токовая защита с помощью реле максимального тока или автоматических выключателей. Плавкие предохранители используют только для защиты цепей управления. Тепловая защита на кранах обычно не применяется, так как в условиях повторно-кратковременного режима работы двигателей она может приводить к ложным отключениям.

Приведем методику расчета необходимой аппаратуры защиты:

Выбор автоматических выключателей производим по наибольшему из условий:

где I_{н а} – номинальный ток автоматического выключателя, I_{н р} – номинальный ток расцепителя, I_дл – длительный ток электроприемника (для двигателей равен их номинальному току).

Величину номинального тока для двигателей можно определить, зная его активную мощность, коэффициент мощности, к.п.д. и величину питающего напряжения:

 (3.3)

где Р_н – номинальная мощность электродвигателя, U – напряжение питающей сети, cosφ - коэффициент мощности данного электродвигателя, η – коэффициент полезного действия двигателя. Величины cosφ и η определяются по справочной литературе в зависимости от активной мощности двигателя. Следует отметить, что если станок многодвигательный, то величина I_дл определяется по формуле

I_дл=∑I_н (3.4)

где ∑I_н – сумма номинальных токов всех двигателей станка.

По расчетному току выбираем автоматический выключатель. Далее необходимо произвести проверку н невозможность срабатывания выключателя во время пуска по формуле:

I_ср≥1,25^.I_кр (3.5)

где I_ср – ток срабатывания автоматического выключателя, I_кр – кратковременный ток, для однодвигательных станков равен пусковому току, определяемому по формуле:

(3.6)

где I_п – пусковой ток двигателя, I_п/I_н – отношение называемое пусковым коэффициентом, показывает во сколько раз пусковой ток превышает номинальный.

Если станок многодвигательный, то значение кратковременного тока будет определятся по формуле:

I_кр=I_{н мах} +∑I′_н  (3.7)

где I_{н мах} – максимальный номинальный ток, то есть наибольший ток в защищаемых группе двигателей, ∑I′_н – сумма оставшихся номинальных токов.

По расчетному току производим выбор автоматического выключателя по условию выбора (3.2), пользуясь справочной литературой (Л.3, стр.452,табл.8,21). Выбираем автоматический выключатель:

A3740 630/630

После можно определить пусковой ток, равный для однодвигательных станков кратковременному, по формуле (3.6):

I_п=I_н^.(I_п/I_н)=7^. 73,5=510 А;

Теперь проверим выбранный выключатель по невозможности срабатывания при пуске по условию (3.5):

I_ср≥1,25. 510=629 А

630 А > 629 А

Так как условие выполняется, то выбранный автоматический выключатель подходит по всем условиям.

Таблица 3.2 – Выбор автоматических выключателей

Аналогично производим расчет и для других участков цепи