Электротехник

Архив рубрики «Расчёты электрических сетей. Общие положения»

Выше уже упоминались условия, определяющие выбор аппаратов защиты сетей до 1 000 В. Они сводятся к удовлетворению следующих требований.

1.  Номинальные токи плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам защищаемых участков сети или номинальным токам электроприемников с округлением до ближайшей большей стандартной величины.

2.  Аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих в условиях нормальной эксплуатации, например, при включении короткозамкну-того электродвигателя и т. п.

3.  Должна быть обеспечена по возможности избирательность (селективность) действия защиты.

С учетом указанных требований следует выбирать плавкие вставки предохранителей и расцепители автоматических выключателей по соотношениям которые приняты на основании каталожных данных и время-токовых характеристик защитных аппаратов.

Выбор тепловых элементов реле, встраиваемых в магнитные пускатели или устанавливаемых в комплекте с магнитными пускателями, может производиться по формулам, приведенным для тепловых расцепителей автоматов (без введения коэффициента 1,15). При отсутствии тепловой компенсации этот коэффициент следует вводить.

Нормируемые величины. В сетях электрического освещения любых зданий защита групповых линий должна быть принята на токи не более 20 А. Для групповых линий, питающих осветительные и бытовые электроприемники квартир, тоже установлены определенные ограничения по токам защитных аппаратов. Так, номинальные токи плавких вставок или тепловых расцепителей автоматических выключателей должны быть для групповой осветительной и штепсельной сети 15 А; для группы питания бытовых электрических машин большой мощности 20 А; для группы питания кухонной стационарной электроплиты 25 А; для линий от этажных лестничных щитков 25—30 А (большее значение для домов с электроплитами).

Имеете с тем любая задержка с отключением поврежденною участка опасна, так как может привести к еще большим повреждениям. Поэтому при проектировании приходится решать вопрос о том, что важнее: добиваться быстроты -отключения или обязательно добиваться селективности.

По-видимому, для жилых зданий, как правило, не располагающих достаточным эксплуатационным персоналом ВЫСОКОЙ квалификации, первое требование следует считать более важным. При этом надо еще учесть, что соблюдение

селективности во многих случаях может потребовать увеличения сечений, т. е. удорожания всей электроустановки.

2. Защита от перегрузки. От перегрузки должны быть защищены все сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными незащищенными изолированными проводниками с горючей оболочкой. Кроме того, защите от перегрузки в жилых и общественных зданиях подлежат сети, выполненные защищенными проводниками, проводниками, проложенными в трубах, в несгораемых строительных конструкциях, к которым присоединены осветительные электроприемники, а также бытовые и переносные электроприемники (утюги, чайники, плитки, комнатные холодильники, пылесосы, стиральные и швейные машины и т. п.).

Силовые сети защищают от перегрузки лишь в тех случаях, когда по условиям технологического процесса или режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей. Как правило, в жилых зданиях таких условий в силовых сетях не существует, поэтому они защищаются только от коротких замыканий.

Конечной целью расчета электрической сети жилого дома, как и всякого другого здания, является выбор сечений проводов и аппаратов защиты. Сечения проводов должны иыбираться с учетом выполнения следующих основных положений:

1. Провода не должны перегреваться при прохождении расчетного тока нагрузки сверх допустимой величины.

2. Отклонения напряжения на зажимах электроприемников должны находиться в допустимых пределах по ГОСТ 13109-67 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения».

3. Колебания напряжения, вызванные кратковременными изменениями нагрузки, например включением

короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, не должны превышать величин, установленных

ГОСТ 13109-67, и вызывать нарушения работы действующих  электроприемников.

4. Механическая прочность проводов должна быть не ниже допустимой для данного вида электропроводки.

5. При выборе схемы и расчетах питающих сетей целесообразно учитывать экономические факторы, характеризующиеся наименьшими приведенными затратами. Следует подчеркнуть, что выполнение рекомендаций гл.4 позволяет не проверять питающие сети по экономической плотности тока. Такая проверка формально не требуется и по ПУЭ ( 1-3-22 -f- I-3-26) для осветительных сетей жилых зданий, рассчитанных на потери напряжения. Однако это разрешение, обоснованное в прошлом, сейчас устарело, так как нагрузка от бытовых электроприборов, присоединенных к общей сети, в настоящее время превалирует над электроосвещением квартир.

6. Распределение допустимых потерь напряжения по участкам внутренней сети целесообразно производить из условия наименьших затрат проводниковых материалов.

7. Аппараты защиты должны обеспечивать защиту всех участков сети от коротких замыканий, а в некоторых случаях, предусмотренных ПУЭ, и от перегрузки. Кроме того, эти аппараты не должны срабатывать при кратковременных повышениях токов нагрузки, возможных при нормальных режимах работы сети, например, при включениях короткозамкнутых электродвигателей, электромагнитов клапанов противопожарных устройств и т. д. Аппараты защиты должны по возможности работать избирательно, т. е. обеспечивать селективное отключение поврежденного участка.

В настоящее время наибольшее распространение получили предохранители серии ПН-2 с защитными патронами, наполненными кварцевым песком. Внутри патрона располагается плавкая вставка. В таких ч «засыпных» предохранителях интенсивному дугогашению способствует разветвление дуги в тончайших промежутках между зернами песка. Обладая большой поверхностью, зерна наполнителя хорошо поглощают тепло и охлаждают выделяющиеся газы. В результате резко снижается давление в натроне при испарении материала вставки. Деионизация и гашение дуги происходят настолько быстро, что при коротком замыкании ток не успевает достигнуть своего амплитудного значения. Поэтому подобные предохранители являются токоограни-ч и в а ю щ и м и. Так, например, предохранитель серии ПН-2 с патронами на 100 и 250 А пропускает ток не более 5 кА.

Из распространенных типов предохранителей отметим засыпные предохранители серии НПН, выпускаемые на токи до 60 А. По принципу своего действия они аналогичны предохранителям серии ПН-2. Для защиты квартирных групповых сетей еще широко применяются плавкие пробочные резьбовые предохранители типа Н-20.

Защитные характеристики предохранителей. Время расплавления плавкой вставки предохранитедя зависит от силы тока перегрузки. Чем больше ток, тем быстрее наступает- расплавление плавкой вставки. Зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки и горения дуги) от отключаемого тока называют время-токовой или з а-щ и т н ой   характеристикой.

Как видно из характеристик, время срабатывания при одном и том же токе может колебаться в значительных пределах (до ±50%), что зависит от производственных допусков, материала вставки, его старения, состояния контактных соединений, влияния окружающей среды и т. п.

Наиболее часто применяемые автоматы могут снабжаться тепловыми, электромагнитными или комбинированными расцепителями (последние представляют собой сочетание теплового и электромагнитного расцепителей). Время срабатывания тепловых расцепяте-лей автоматических выключателей, так же как и предохранителей, уменьшается с увеличением тока, т. е. они имеют обратно зависимую от тока характеристику. Электромагнитные расцепители срабатывают практически мгновенно при токе, на который они отрегулированы.

Расцепители характеризуются номинальным током, т. е. током, который они выдерживают неограниченно долго, что гарантируется заводом-изготовителем. Наименьший ток, вызывающий отключение автомата, называется током т р о-г а н и я или током срабатывания. Под установкой расцепителя понимается настройка его на выбранное значение тока, при котором расцепитель срабатывает. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание назы-

воздейстшш па механическую систему автомата или на специальное устройство, изменяющее время срабатывания автомата (селективные автоматы).

В настоящее время автоматы этой серии выпускаются на номинальные токи 100, 200 и 600 А.

В последнее время в некоторых типах автоматов применено так называемое   гидравлическое   замедление,   например,   у   автоматов серии АК63. Расцепитель с гидравлическим замедлением представляет собой гидравлическую систему с двумя   подвижными с частями — якорем и  плунжером, обеспечивающими  обратпозависимую от тока выдержку времени  срабатывания  в зоне перегрувОК  и мгновенное срабатывание в зоне коротких замыканий.

Часть энергии, передаваемой по проводнику, переходит в тепло, расходуемое вначале на нагрев проводника до определенной температуры, а затем на поддержание установившегося режима, т. е. теплового равнове-С п я. При установившемся режиме температура проводника при неизменном токе и неизменном тепловом состоянии окружающей среды остается постоянной, а количество гепла, которое получает проводник в единицу времени, становится равным количеству тепла, отдаваемому в тот т промежуток времени в окружающую среду. Темпера-гурн, при которой наступает тепловое равновесие, назы-п,|стен установившейся. Чем больше ток, тем выше установившаяся температура.

И тепловых расчетах удобно пользоваться величиной температуры перегрева (а не абсолютной температуры проводника), которая представляет собой разность температур проводника и окружающей среды:

Чрезмерный перегрев проводников вызывает ускоренотарение изоляции и создает угрозу пожара. Кроме гого, ухудшаются контактные соединения за счет их интенсивного окисления. Для проводов с резиновой или пол п.хлорвиниловой изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей в свинцовой или полихлорвинйловой оболочке с резиновой изоляцией ПУЭ установлена наибольшая длительно допустимая температура нагрева жил 65 °С. Процесс изменения температуры перегрева проводника током в зависимости от времени описывается формулой где туст — установившийся перегрев для данной токовой нагрузки, °С; t — время, с; Т — постоянная времени нагрева, т. е. время, за которое температура перегрева проводника достигла бы установившегося значения туст, при отсутствии отдачи тепла в окружающую среду. Численно величина Т равна отношению теплоемкости проводника к его теплоотдаче.