Вибір запобіжників

Селективність у захисті

Селективність у захистіполягає у тому, щоб у випадку аварії у радіальній ланці послідовно розташованих захисних апаратів вимикався лише той апарат, який розташований першим від об’єкта – причини аварії.Селективність пристроїв захисту є важливою вимогою до надійності постачання в електромережах. Селективність буває: повною і неповною.

У разі повної селективності за будь-яких надструмів (перевантаження чи КЗ) першим спрацьовує захисний пристрій, розташований ближче до об’єкта аварії. За неповної селективності вона діє лише в діапазоні струмів перевантаження.

Рис. 10.12. Часострумові характеристики двох послідовно увімкнених запобіжників

Повну селективність при використанні лише запобіжників легко досягнути, оскільки їх часострумові характеристики у всьому діапазоні струмів практично рівнобіжні і не мають перетинів (рис.10.12). У разі струмів, для яких час плавлення є меншим, ніж 0,1 с, належить рахуватись із часом плавлення і часом вимикання. Селективність послідовно увімкнених запобіжників досягається, коли час плавлення запобіжника А (q1) є більшим, ніж час вимикання запобіжника В (q2):

Якщо для розв’язання задачі селективності використовують характеристики І²t, то таку селективність називають енергетичною.

Критерії вибору низьковольтних запобіжників:

· найбільша напруга мережі повинна бути меншою від допустимої напруги плавкої вставки;

· запобіжник повинен відповідати виду струму і частоті мережі; придатність до змінного і постійного струму має бути подана окремо. Запобіжник на 50 Гц без додаткових даних дозволяється використовувати при частоті 45–62 Гц;

· вимикальна здатність запобіжника має бути більшою, ніж очікуване значення струму КЗ;

· часострумова характеристика запобіжника повинна проходити нижче від характеристики об'єкта, що захищається, причому як можна ближче до неї;

· при короткому замиканні запобіжники повинні працювати селективно.

Захист кабелів і проводок. При виборі запобіжників для захисту проводок і кабельних ліній користуються наступним співвідношенням

I_b≤I_n≤I_z,

де I_b – робочий струм кола; I_n – номінальний струм запобіжника; I_z – допустиме струмове навантаження кабеля або проводу при заданих робочих умовах і згідно з визнаним міжнародним компромісом між ступенем використання і ступенем захисту проводу з урахуванням режиму вимикання захисного пристрою прийнято, що I_z =1,45I_n.

Захист силових трансформаторів. На стороні низької напруги мережеві трансформатори потужністю до 1000 кВА захищаються як під час перевантажень, так і при КЗ запобіжниками типу gG або спеціального призначення типу gTr (рис.10.13).

Рис.10.13. Захист силових трансформаторів

Характерною особливістю gTr-запобіжників є їх порівняно висока перевантажувальна здатність в діапазоні малих перевантажень трансформатора. Вони можуть пропускати струм 1,3Іn впродовж 10 годин, а при струмі 1,5Іn час спрацювання – 2 години. Їхня номінальна напруга складає 400 В, а номінальна вимикальна здатність сягає 100 кА. Втрати в запобіжниках типу gTr є меншими, ніж запобіжників інших типів. Послідовно увімкнені силові запобіжники типу gTr та gG, коли першим до споживача є запобіжник gG, працюють селективно, якщо виконується умова

Це означає, що в разі аварії у зоні користувача, першим спрацьовує запобіжник gG зі струмом Y=250 А, який захищає коло послідовно з запобіжником gTr потужністю Х=250 кВА.

Захист двигунів та їхніх кіл живлення. Плавкий запобіжник категорії аМ, спеціально призначений для захисту від КЗ електричних двигунів. Вибирають його на номінальний струм, що відповідає номінальному струмові двигуна. Замість запобіжника категорії аМ можна застосовувати широко розповсюджений запобіжник gG; він дешевший від запобіжника аМ, але має більші втрати потужності. Та найголовніше, за номінальним струмом його доводиться брати більшим.

Захист напівпровідникових пристроїв. Після появи у 50-х роках силових діодів виникла проблема їх ефективного захисту. В цій ситуації виникло питання про застосування запобіжників. Новою при цьому була проблема пристосування характеристики металевої плавкої вставки запобіжника до теплової перевантажувальної здатності напівпровідника. Напівпровідники мають малу теплову ємність і чітку верхню температурну межу запірного шару – приблизно 125 °С. При цьому термічний запас між робочою і граничною температурою є невеликий, і тому діючий захист повинен дуже швидко відмикати надструми.

Для цього були винайдені надшвидкі запобіжники. Для виготовлення таких плавких вставок на високі робочі температури придатне лише стійке до окислення чисте срібло. Відповідно корпус виготовляється зі стійкої до зміни температури кераміки. Для покращення відведення тепла пісок зміцнюється неорганічним зв`язувальним матеріалом. Усі види конструкцій можуть бути оснащені міні-вимикачами для контролю стану запобіжника.

Основні переваги надшвидких запобіжників:

· висока швидкодія;

· максимально мале значення повного інтеграла вимикання I²t;

· помірна напруга при вимиканні;

· малі власні втрати потужності;

· стійкість до старіння, що досягається застосуванням чистого срібла для плавкого елемента.

Найкраще задовольняють ці вимоги частководіапазонні запобіжники категорії аR. Ці запобіжники вимикають усі струму, які впродовж не більше 30 секунд призводять до плавлення плавкої вставки (зазвичай, починаючи від струму І_р≈2І_n). Вибір запобіжника для захисту напівпровідників проводиться на основі граничних параметрів напівпровідникового елемента й очікуваних струмів навантаження та аварійних струмів.

Залежно від місця розташування застосовують різні категорії запобіжників. На рис. 10.14 для прикладу наведено фрагмент уявної електричної схеми.

Рис.10.14. Уявна електрична схема захисту напівпровідникових елементів Рис.10.15. Захист лінії з перетворювачем частоти

Захист у такій схемі може бути організований наступним чином: · для захисту у гілці, як прямому захисті напівпровідникового елемента від КЗ, використовують запобіжники категорії aR; · як захист у лінії, тобто у фазі перетворювача частоти чи форми, застосовують aR-, gR- або gS-запобіжник (рис.10.15); · на стороні навантаження (стороні постійного струму) застосовують gR- або gG-запобіжник як захист від перевантажень. При цьому селективність щодо запобіжника, який стоїть у гілці напівпровідникового елемента, може бути не досягнена; · у підрядному розподільному щиті використовують повнодіапазонні запобіжники категорії gR або потужні gS-запобіжники, які рівно ж захищають увідні лінії.

Додаткові поради при виборі запобіжників:

· довготривале протікання номінального струму, включаючи допустимі перевантаження, не повинні викликати термічних пошкоджень напівпровідників. Струм у колах з напівпровідниковими елементами часто є несинусоїдним, тому для визначення термічного навантаження запобіжника необхідно приймати для розрахунків діюче значення залежно від форми кривої струму;

· втрати запобіжника при номінальному струмі повинні бути меншими, ніж допустима потужність, яка розсіюється тримачем;

· пікова напруга дуги запобіжника , яка виникає через вимикання струму за наявності індуктивності у колі, не повинна перевищувати діелектричну міцність запірного шару, тобто повинна бути меншою, ніж пікове допустиме значення напруги на напівпровідниковому елементі (незалежно від полярності).

Захист конденсаторів у компенсаційних установках. При виборі запобіжників належить користуватись наступними правилами:

· запобіжники повинні довготривало проводити максимальний робочий струм конденсатора, який дорівнює 1,5І_n. Рекомендується вибирати запобіжники, які здатні витримувати (1,6–1,8)І_n конденсатора;

· запобіжники повинні без пошкоджень проводити струми вмикання конденсатора. Вмикання конденсаторів і конденсаторних батарей супроводжується дуже великими пусковими струмами, які можуть досягнути 200І_n конденсатора. Ці великі пікові струми можуть пошкодити вузькі ділянки плавкої вставки і з часом зменшити термін роботи запобіжника. Це може призвести до перегрівання і спонтанного спрацьовування запобіжника при нормальних умовах роботи. Щоб цього не сталося, необхідно застосовувати спеціальні контактори для комутації конденсаторних батарей;

· запобіжники і конденсатори не можна навантажувати вищими гармоніками струму, які створюються випрямлячами блоків живлення, перетворювачами. Вищі гармоніки в промислових мережах можуть подвоїти діюче значення струму конденсатора, як наслідок, можливі перегрівання і помилкові спрацьовування запобіжників. Для зменшення впливу вищих гармонік необхідно використовувати дроселі;

· запобіжники повинні витримувати якомога більшу поновлювану напругу.

Захист кіл постійного струму. На перший погляд запобіжник, вибраний для змінного струму при цих же номінальних даних (напрузі, струмові, обмежувальній та вимикальній здатності тощо) повинен підійти і для кола постійного струму. Проте, так не є, і в першу чергу через різницю у явищах горіння дуги на змінному і постійному струмі. Час плавлення на змінному і постійному струмі практично співпадають як при перевантаженні, так і при КЗ. Межу застосування запобіжників на постійному струмі визначає запасена в електричному колі електромагнітна енергія – та, хоча і у меншій мірі, поновлена на виводах запобіжника напруга – .

При виборі запобіжників слід користуватися наступними правилами:

· номінальна постійна напруга, як правило, є нижчою від змінної. Обидва значення напруги повинні бути вказані на запобіжнику. Для gG-запобіжника постійну напругу можна взяти половину від змінної. Тримачі запобіжника, які використовуються на змінній напpузі, можна використовувати і на постійній;

· номінальне значення постійного струму визначається з термічної точки зору і є таким самим як і номінальне значення змінного струму;

Рис.10.16. Характер зміни типової часострумової характеристики змінного струму за її використання на постійному струмі в залежності від сталих часу	· вимикальна здатність при постійному струмі не є сталим параметром запобіжника, а повинна розглядатися разом зі сталими часу струмового кола: великі сталі часу знижують вимикальну здатність, а малі – підвищують. На рис.10.16 показано характер зміни типової часострумової характеристики змінного струму за її використання на постійному струмі в залежності від сталих часу; · пропущений струм не може бути взятий з обмежувальної характеристики змінного струму, оскільки він залежить від сталих часу струмового кола. Для його визначення необхідно використовувати спеціальну документацію, яку надає виробник.

Дата добавления: 2017-02-01