Чувствительность и селективность плавких предохранителей

К предохранителям, как и к другим устройствам защиты, предъ­являются следующие требования чувствительности [31]:

а) номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней мере в три раза меньше минимального тока к.з. в конце защищае­мого участка /к min; в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью расчетным при определении /к mm является за­мыкание между фазным и нулевым проводами. Ток. к.з.

I⁽¹⁾_k.min» U_ф / (| Z_п + Z_т / 3 |),

где U_ф – фазное напряжение сети, В; Z_т -полное электрическое сопротивление трансформатора, питающего сеть, Ом; Z_п =  - полное сопротивление петли фазный – нулевой провода линии, Ом.

 б) если предохранитель защищает сеть только от коротких за­мыканий, то требования, изложенные в п.            а), не обязательны при условии, что номинальный ток плавкой вставки не превышает дли­тельно допустимого тока I_дл.доп для защищаемого участка сети бо­лее чем в три раза;

в) для сетей, защищаемых от перегрузки кроме требований, из­ложенных в п. а), должно выполняться условие I_дл.доп ³ k I_вс.ном; коэффициент k определяется типом изоляции проводников и усло­виями их эксплуатации; для проводников с резиновой и аналогич­ной по тепловым характеристикам изоляцией, проложенных во взрывоопасных производственных помещениях k = 1,25, в поме­щениях невзрывоопасных k = 1, для кабелей с бумажной изоляци­ей во всех случаях k = 1.

Для выполнения требований, изложенных в п. в), часто увели­чивают сечение проводника, увеличивая тем самым его длительно

допустимый ток. Уменьшать номинальный ток плавкой вставки для получения требуемого соотношения между I _вс.ном и I _дл.доп нельзя, так как это приводит к необоснованным отключениям ли­нии в нормальных режимах работы. В некоторых случаях завыше­ние сечений и дополнительный расход металла могут оказаться столь значительными, что экономически целесообразным станет применение автоматических выключателей, более дорогих и более сложных, чем предохранители, но имеющих более благоприятную (для защиты от перегрузок) защитную характеристику. Для этого возможно использование управляемых предохранителей.

Таким образом, при использовании предохранителей необходи­мо стремиться к уменьшению номинального тока плавкой вставки. При этом следует иметь в виду, что ток I _{вс. ном}, выбранный по вто­рому условию (5.2) очевидно имеет завышенное значение. Практи­чески ток кратковременной перегрузки I _пер оказывается меньше расчетного, поскольку пуск и самозапуск электродвигателя проис­ходит при напряжениях менее номинальных, а самозапуск, кроме того, может начинаться при некотором числе оборотов. Поэтому в каждом конкретном случае следует определять ток I _пер с учетом снижения напряжения и режима самозапуска. Необходимо также уточнить значения коэффициента k _пер. Как следует, например, из рис. 4.3 для предохранителя ПН-2 при легких условиях пуска (t ≈ 5 с), он в зависимости от номинального тока плавкой вставки может быть принят k _пер = 3,5÷5, а при тяжелых условиях пуска (t ≈ 10 с) соответственно k _пер= 3÷4. Поэтому целесообразно пользоваться не усредненными значениями k _пep, а защитными ха­рактеристиками конкретных предохранителей.

Если в сети установлено несколько последовательно включен­ных предохранителей, то при коротком замыкании в какой-либо точке сети перегорает ближайший к точке короткого замыкания предохранитель. На рис. 5.1,а представле­на сеть с последова­тельно включенными предохранителями F1 и F2. Очевидно, селек­тивная работа предо­хранителей обеспечива­ется при любых токах к.з., если при корот­ком замыкании в точ­ке К плавкая вставка предохранителя F2, перегорая, разрывает дугу раньше, чем плавкая вставка предохранителя F1 успеет на­греться до температуры плавления. Это возможно только в том случае, если характеристика 1 предохранителя F1 располагается выше характеристики 2 предохранителя F2 во всем диапазоне то­ков, проходящих по защищаемой цепи при перегрузках и при ко­ротких замыканиях (рис. 5.1, б).

Из сопоставления защитных характеристик видно, что отличие во времени перегорания плавких вставок уменьшается с увеличе­нием тока. Кроме того, необходимо иметь в виду, что длительность перегорания плавкой вставки при малых кратностях тока К=I_вс/I_св.ном = 1,4÷3,5, т. е. при токах перегрузки, изменяется в широких пределах. Поэтому, поскольку при таких токах защитная характеристика предохранителя имеет большой разброс, ее можно изображать не в виде кривой, а в виде некоторой зоны, ограничен­ной двумя кривыми. Разброс характеристики обусловлен тем, что при токах перегрузки на время перегорания плавкой вставки су­щественное влияние оказывают условия отвода теплоты через кон­такты в окружающую среду.

При коротком замыкании, когда через предохранители прохо­дят большие токи (кратностью k > 3,5), процесс перегорания плавкой вставки происходит очень быстро (сотые доли секунды), поэтому условия отвода теплоты почти не оказывают влияния на длительность перегорания. Необходимо также иметь в виду разную степень предварительного нагрева последовательно установленных предохранителей. Поэтому для получения селективного действия большинства типов предохранителей рекомендуется руководство­ваться следующими правилами: для последовательно установлен­ных однотипных низковольтных предохранителей необходимо вы­бирать плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися на две ступени шкалы; для разнотипных предохранителей из-за больших погрешностей желательно выбирать плавкие вставки с но­минальными токами, отличающимися больше чем на две ступени шкалы, сохраняя требуемую чувствительность; для последователь­но установленных высоковольтных предохранителей типа ПК не­обходимо выбирать плавкие вставки с номинальными токами, от­личающимися на одну ступень шкалы; во всех случаях должны выполняться условия (5.2).

Однако такое согласование характеристик низковольтных пре­дохранителей не всегда обеспечивает их селективную работу при указанных больших токах к.з. На основании длительной эксплуа­тации установлено, что фактическое время отключения предохра­нителя может отличаться от полученного по его защитной харак­теристике на Dt_пр = ± 0,5t_пр. При этом селективность при боль­ших кратностях тока обеспечивается, если 1,5t_пр2 < 0,5t_пр1 или t_пр1³3t_пр2.

Таким образом, для получения селективного действия последо­вательно включенных предохранителей необходимо, чтобы при мак­симальном токе к. з. время отключения, определенное по защитной характеристике предохранителя F1, более удаленного от места по­вреждения, было не менее чем в три раза больше времени отклю­чения предохранителя F2, расположенного вблизи точки короткого замыкания (рис. 5.1, а). Для разнотипных предохранителей селек­тивность должна проверяться для всех токов цепи в нормальном режиме и при коротких замыканиях. Селективное действие низко­вольтных предохранителей можно обеспечить также при соответствующем выборе сечений плавких вставок с учетом материала их изготовления и конструкции предохранителя [14].

Однако это практически удается только при больших кратностях тока; кроме того, такой выбор предохранителей не позволяет согласовать их работу с другими защитными аппаратами. Поэтому в технических данных указывают не сечение плавких вставок, а их номинальные токи и защитные характеристики. Более приемлемым является способ согласования защитных характеристик по условию t _пр1 ³3t _пр2. Однако он громоздок и допускает определенные по­грешности, появляющиеся при пользовании характеристиками. Они обусловлены рядом причин, главные из которых — неудобство пользования логарифмической шкалой ординаты t_пр и снижение точности определения зоны возможного разброса времени перего­рания предохранителя; мелкомасштабность шкалы кратности тока

k = I_вс/ I_{вс. ном}, в результате чего неизбежны погрешности при опре­делении k.

В связи с указанным желательно защитными характеристиками не пользоваться, а согласование работы последовательно установ­ленных предохранителей проводить по номинальным токам плав­ких вставок. Для этого необходимо получить аналитическую связь между номинальными токами плавких вставок, при которой обес­печивается селективная работа предохранителей. Эту связь можно установить на основе аналитического выражения защитной харак­теристики t _пр = f (k). Метод получения этой зависимости изложен в [32]. Для предохранителя ПН-2, например, аналитическое выра­жение защитной характеристики в интервале от 0,05 < t_пр< 10 с имеет вид

t _пр = 2500 / k ^4.8.                                                          (5.4)

Селективное действие предохранителей F1 и F2 (рисю 5,1, а) обеспечивается, если t_пр1³3t_пр2, или 1/(I _вс /I _{вс. ном1})^4,8³3/(I _вс /I _{вс. ном2})^4,8.

Отсюда

I_{вс. ном1} ³ 1,26I _{вс. ном2}                                                                                        (5.5)

Если принять погрешность предохранителей ∆t _пр = ±0,25%, то селективность обеспечивается в заданном интервале t _пр при условии

I_{вс. ном1} ³ 1,12I _{вс. ном2}                                                                                          (5.6)

Аналогичные зависимости можно получить и при согласовании характеристик предохранителей разных типов.