Защита проводов от короткого замыкания и перегрузки

Защита проводов от короткого замыкания и перегрузки

В начале нагревания процода тойом вследствие равенства температур провода и окружающей среды все тепло, выделенное током, идет на нагревание провода и температура его быстро повышается. С ростом температуры провода увеличивается отдача тепла проводом в окружающую среду, обусловленная возрастающей разностью температур провода и среды. Следовательно, рост температуры провода замедляется. Наконец, при некоторой температуре прохода, называемой установившейся, наступает равновесие между теплом, выделяемым током, и теплом, отдаваемым в окружающую среду. Время нагревания до установившейся температуры неодинаково для разу личных устройств: нить лампы накаливания достигает этой температуры за доли секунды, электрическая машина — за несколько часов.

Нагрев проводов допускается до определенных температур (65—80° С), определйемых свойствами изоляции или свойствами самих проводов. Ток, при котором достигается установившаяся наибольшая допустимая температура, нагзывается допустимым током провода (табл. 2-3).

Определение сечения проводов по допустимому нагреву их производится по приведенной таблице, в которой для стандартных сечений изолированных проводов даются предельные длительные допустимые токи

Таблица 2-3. Длительно допустимые нагрузки на провода и шиуры с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с медными и алюминиевыми жилами

Провод выбирается такого сечения, чтобы допустимый ток его был равен или несколько больше заданного или расчетного тока:

Коротким замыканием называется соединение двух проводов разного потенциала через ничтожно малое сопротивление. Ток короткого замыкания, в десятки раз превышающий номинальный ток установки, может вызвать механические или тепловые повреждения отдельных ее частей.

Участки электрической цепи защищаются от токов перегрузки и короткого здмыкаиия плавкими предохранителями (§11-10) или реле (§ 11-13). Плавкая вставка предохранителя содержит кусок проволоки, которая при определенном токе перегрузки плавится, разрывая цепь тока.

Короткие замыкания, перегрузки, переходные сопротивления. Меры противопожарной безопасности

Что такое короткое замыкание и из-за чего происходят короткие замыкания

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей. При возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, а количество выделяющейся теплоты, как известно, пропорционально квадрату тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то выделяющееся при этом количество тепла возрастет примерно в 400 раз.

Тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20 °С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50 °С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Например, для кабелей с бумажной изоляцией срок их службы может быть определен по известному «восьмиградусному правилу»: превышение температуры на каждые 8 °С сокращает срок службы изоляции в 2 раза. Тепловому разрушению подвержены и полимерные изоляционные материалы.

Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию проводов существенно ухудшает ее состояние из-за появления поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла жидкость испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При неоднократном воздействии влаги процесс повторяется, но из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки не прекращается даже после окончания испарения. Кроме того, появляются мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, теряет прочность, что может привести к возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию.

Пожарная опасность коротких замыканий электропроводов характеризуется следующими возможными проявлениями электрического тока: воспламенением изоляции проводов и окружающих горючих предметов и веществ; способностью изоляции проводов распространять горение при поджигании ее от посторонних источников зажигания; образованием при коротком замыкании расплавленных частиц металла, поджигающих окружающие горючие материалы (скорость разлета расплавленных частиц металла может достигать 11 м/с, а их температура — 2050—2700 °С).

При перегрузке электропроводок также возникает аварийный режим. Из-за неправильного выбора, включения или повреждения потребителей суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение, т. е. происходит повышение плотности тока (перегрузка). Например, при прохождении тока в 40 А через последовательно соединенные три куска провода одинаковой длины, но различного сечения — 10; 4 и 1 мм2 плотность его будет различна: 4, 10 и 40 А/мм2. В последнем куске самая высокая плотность тока, и соответственно, самые высокие потери мощности. Провод сечением 10 мм2 слегка нагреется, температура провода сечением 4 мм2 достигнет допустимой, а изоляция провода сечением 1 мм2 просто сгорит.

Чем ток короткого замыкания отличается от тока перегрузки

Основное отличие короткого замыкания от перегрузки заключается в том, что при коротком замыкании нарушение изоляции является причиной аварийного режима, а при перегрузке — его следствием. При определенных обстоятельствах перегрузка проводов и кабелей в связи с большей длительностью аварийного режима более пожароопасна, чем короткое замыкание.

Материал жилы проводов оказывает существенное влияние на зажигающую способность при перегрузках. Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АПВ и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, показывает, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых.

При коротком замыкании наблюдается та же закономерность. Прожигающая способность дуговых разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жилами из алюминия. Например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности) при сечении жилы из алюминия 16 мм2, а с медной жилой — при сечении 6 мм2.

Кратность тока определяется отношением тока короткого замыкания или перегрузки к длительно допустимому току для данного сечения проводника.

Наибольшей пожарной опасностью обладают провода и кабели с полиэтиленовой оболочкой, а также полиэтиленовые трубы при прокладке в них проводов и кабелей. Электропроводки в полиэтиленовых трубах в пожарном отношении представляют большую опасность, чем электропроводки в винипластовых трубах, поэтому область применения полиэтиленовых труб значительно уже. Особенно опасна перегрузка в частных жилых домах, где, как правило, от одной сети питаются все потребители, а аппараты защиты нередко отсутствуют или рассчитаны только на ток короткого замыкания. В многоэтажных жилых домах также ничто не препятствует жильцам пользоваться более мощными лампами или включать бытовые электроприборы общей мощностью большей, чем та, на которую рассчитана сеть.

На электроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах и т. д.) указаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, наибольшие сечения присоединяемых проводников. Для безопасного пользования этими устройствами необходимо уметь расшифровывать эти надписи.

Например, на выключателе нанесено «6,3 А; 250 В», на патроне — «4 А; 250 В; 300 Вт», а на удлинителе-разветвителе — «250 В; 6,3 А», «220 В. 1300 Вт», «127 В, 700 Вт». «6,3 А» предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись «250 В» указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше 250 В.

Если умножить 4 А на 250 В, то получится 1000, а не 300 Вт. Как связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. При напряжении в сети 220 В допустимый ток: 1,3 А (300:220); при напряжении 127 В — 2,3 А (300—127). Току 4 А соответствует напряжение 75 В (300:4). Надпись «250 В; 6,3 А» указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более 250 В и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на 220 В, получаем 1386 Вт (округленно 1300 Вт). Умножая 6,3 А на 127 В, получаем 799 Вт (округленно 700 Вт). Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. Если мощность меньше, то меньше нагреваются контакты.

При протекании через контактное соединение электрического тока из-за переходного сопротивления на контактном соединении падает напряжение, мощность и выделяется энергия, которая вызывает нагрев контактов. Чрезмерное увеличение тока в цепи или возрастание сопротивления ведет к дальнейшему повышению температуры контакта и подводящих проводов, что может вызвать пожар.

В электроустановках применяются неразъемные контактные соединения (пайка, сварка) и разъемные (на винтах, втычные, пружинящие и т. п.), а также контакты коммутационных устройств — магнитных пускателей, реле, выключателей и других аппаратов, специально предназначенных для замыкания и размыкания электрических цепей, т. е. для их коммутации. В сетях внутридомового электроснабжения от ввода до приемника электроэнергии электрический ток нагрузки протекает через большое количество контактных соединений.

Контактные соединения никогда, ни при каких обстоятельствах не должны нарушаться . Однако исследования проведенные некоторое время назад над оборудованием внутридомовых сетей, показали, что из всех обследованных контактов только 50 % удовлетворяют требованиям ГОСТа. При протекании тока нагрузки в некачественном контактном соединении за единицу времени выделяется значительное количество тепла, пропорциональное квадрату тока (плотности тока) и сопротивлению точек действительного соприкосновения контакта.

Смотрите так же:  Провода в багажнике ваз 2114

Если разогретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, то возможно их воспламенение или обугливание и загорание изоляции проводов.

В еличина переходного сопротивления контактов зависит от плотности тока, силы сжатия контактов (величины площади сопротивления), от материала, из которого они изготовлены, степени окисления контактных поверхностей и т. д.

Для уменьшения плотности тока в контакте (а значит, и температуры) необходимо увеличить площадь действительного соприкосновения контактов. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания будут незначительно смяты. Из-за этого увеличатся размеры соприкасающихся элементарных площадок и появятся дополнительные площадки касания, а плотность тока, переходное сопротивление и нагрев контакта снизятся. Экспериментальные исследования показали, что между сопротивлением контакта и величиной крутящего момента (силой сжатия) существует обратно пропорциональная зависимость. С уменьшением крутящего момента в 2 раза сопротивление контактного соединения провода АПВ сечением 4 мм2 или двух проводов сечением 2,5 мм2 увеличивается в 4—5 раз.

Для отвода тепла от контактов и рассеивания его в окружающую среду изготавливают контакты определенной массы и поверхности охлаждения. Особое внимание уделяют местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах проводов применяют наконечники различной формы и специальные зажимы. Надежность контакта обеспечивается обычными шайбами, пружинящими и с бортиками. Через 3—3,5 года сопротивление контакта увеличивается примерно в 2 раза. Значительно увеличивается сопротивление контактов и при коротком замыкании в результате краткого периодического воздействия тока на контакт. Испытания показали, что наибольшую стабильность при воздействии неблагоприятных факторов имеют контактные соединения с упругими пружинящими шайбами.

К сожалению, «экономия на шайбах» — явление довольно распространенное. Шайба должна быть из цветного металла, например, из латуни. Стальную шайбу защищают антикоррозийным покрытием.

Защита проводов от короткого замыкания и перегрузки

Провода высокого напряжения, применяемые для соединения в цепях системы зажигания, подразделяются на обычные марки ПВВ (провод с полихлорвиниловой изоляцией высоковольтный) с ме­таллическим многожильным проводом и помехоподавительные провода марок ПВВО (О — высокоомное распределенное сопротив­ление) и ПВВП (П — помехоподавительный). При использовании проводов марки ПВВ необходимо применять наконечники с подавительными резисторами у каждой свечи.

Для определения допустимого тока в низковольтном проводе с учетом предельной температуры изоляции используется тепловой расчет, который проводится на основе математического моделиро­вания и экспериментальных данных. При тепловом расчете жгутов проводов рассматривают самый неблагоприятный случай, когда по всем проводам проходит максимальный ток. Тогда тепловой моде­лью жгута является цилиндр, однородный в тепловом отношении и обладающий эквивалентным коэффициентом теплопроводности. Диаметр цилиндра равен диаметру жгута проводов. Дискрет­ные источники тепла внутри цилиндра оказывают на любую точку модели такое же температурное воздействие, как если бы они были распределены равномерно по всему объему. Максимально допус­тимая температура бывает в центре жгута и ограничивается до­пустимой температурой нагрева изоляции проводов

Увеличение допустимой плотности тока с уменьшением сечения провода при прочих равных условиях объясняется тем, что с уменьшением сечения увеличивается поверхность провода, прихо­дящаяся на единицу сечения, и тем самым улучшаются условия охлаждения.

Для температуры окружающего воздуха 20°С допустимые токо­вые нагрузки жгутов из 7 проводов марки ПВА сечением 0,75; 1,0 и 1,5 мм равны соответственно 12; 14 и 18 А. Для жгута из 19 прово­дов с теми же сечениями токи соответственно равны 8,4; 10 и 13 А. Отметим, что допустимые токовые нагрузки проводов при проклад­ке в жгутах в 1,8. 2,5 раза меньше, чем при одиночной прокладке.

Для инженерных расчетов допустимых токовых нагрузок Iд мож­но использовать следующие выражения.

Для одиночных проводов

где Δt — допустимый перегрев провода относительно температуры окружающей среды, °С; Sм — номинальное сечение провода по меди, мм 2 .

Для жгутов из 2-3 проводов

Защита электрических цепей от коротких замыканий и перегру­зок обеспечивается плавкими и термобиметаллическими предохра­нителями. Основным показателем предохранителей, определяю­щим эффективность их действия, является ампер-секундная характеристика, представляющая собой зависимость времени срабаты­вания предохранителя от тока нагрузки.

Сопоставление ампер-секундных характеристик автомобильных предохранителей различных конструкций (плавких проволочных и ленточных, кнопочных биметаллических) показывает, что биметал­лические предохранители, по сравнению с плавкими, более инерци­онны в зоне больших перегрузок I/Iн ≥ 2 и более чувствительные в зоне малых перегрузок I/Iн 2 и 16 А для сечения 1,5 мм 2 . Номинальные токи биметаллического предохранителя равны для сечений проводов 0,75 и 1,0 мм 2 — 15 А, для сечения 1,5 мм 2 — 20 А.

Для сокращения числа контактных соединений в электрических цепях и уменьшения расхода проводов на автомобилях применяет­ся групповой способ защиты электрических цепей.

С целью обеспечения удобства работы водителей и безопасно­сти движения не должны подключаться к одному предохранителю взаимозаменяемые приборы, например розетки переносной и под­капотной ламп, освещение контрольных приборов и плафона сало­на. Индивидуальным предохранителем должно быть защищено ре­ле указателей поворота в режиме аварийной сигнализации.

Для обеспечения надежной защиты электрических цепей на один предохранитель должны подключаться потребители электро­энергии, близкие по мощности.

Для повышения надежности наиболее важных электрических цепей путем исключения из них дополнительных контактных соеди­нений не защищаются цепи заряда аккумуляторной батареи, пуска, зажигания.

В процессе эксплуатации любой электрической установки в ней могут возникнуть короткие замыкания, недопустимые перегрузки или может резко снизиться напряжение. Последствиями этих режимов могут быть серьезные повреждения оборудования электровозов; чтобы предотвратить их, применяют различные защиты.
С двумя аппаратами защиты от коротких замыканий и перегрузок мы уже познакомились — это быстродействующий выключатель на электровозах постоянного тока и главный выключатель на электровозах переменного тока.
Быстродействующий и главный выключатели не могут защищать силовую цепь во всех ненормальных режимах. Поэтому для контроля за действиями электротехнических устройств, работой сигнализации о нарушении нормального режима их работы, автоматическим отключением цепей или всей установки применяют специальные защиты. Основным аппаратом в них являются реле.
По принципу действия реле могут быть электромагнитными, тепловыми, электродинамическими и др. Благодаря простоте устройства, возможности применения как при постоянном, так и при переменном токе наибольшее распространение в электрических системах, в том числе и на электровозах, получили электромагнитные реле.

Рис. 96 Схема включения электромагнитного реле

Принцип действия такого реле, защищающего, например, электрический двигатель М (рис. 96) от перегрузки, заключается в следующем. В случае возрастания тока в двигателе сверх максимального допустимого якорь реле, по катушке которого проходит ток защищаемой цепи, притягивается к сердечнику, преодолевая усилие пружины. При этом контакты а и б, замыкаясь, включают сигнальную лампу; загораясь, она сигнализирует машинисту о перегрузке тяговых двигателей. Контакты в и г вызывают отключение главного или быстродействующего выключателя, разрывая цепи удерживающих катушек.
Ток, при котором срабатывает реле, называют током уставки. Его регулируют, изменяя натяжение пружины. Электромагнитное реле при соответствующей уставке может быть использовано как реле максимального напряжения или как реле пониженного тока либо напряжения. В первом случае при повышении напряжения сверх допустимого якорь притягивается и контакты реле, допустим, замыкаются, во втором — якорь отпадает и контакты, наоборот, размыкаются.
На электровозах ВЛ11, ВЛ10, ВЛ8 контакты реле перегрузки не введены в цепь удерживающей катушки быстродействующего выключателя. При замыкании они включают сигнальную лампу, загорание которой свидетельствует о перегрузке какой-либо цепи тяговых двигателей. Если перегрузка произошла в режиме ослабленного возбуждения, то под действием реле выключаются контакторы ослабления возбуждения. Число реле перегрузки соответствует числу цепей параллельно включенных двигателей. Если короткое замыкание на электровозах постоянного тока произойдет в цепи за тяговыми двигателями, соединенными последовательно, то быстродействующий выключатель может не сработать, так как э. д. с. исправных двигателей, включенных в начале цепи, возрастет вследствие увеличения тока. Ток короткого замыкания будет невелик. Учитывая это, на электровозах ВЛ11, ВЛ10, ВЛ8, ВЛ23 применяют чувствительную дифференциальную защиту, выполненную на специальном реле.
Рассмотрим принцип действия этого реле. Через окно магнитопровода дифференциального реле РДф проходят кабели начала и конца защищаемого участка силовой цепи двигателей, ток которых направлен встречно (рис. 97).

Рис. 97. Схема дифференциальной защиты электровозов постоянного тока

На одном конце магнитопровода установлена включающая катушка, питающаяся от источника электроэнергии напряжением 50 В. Под действием ее магнитного потока притягивается якорь, в результате чего замыкаются контакты, включенные в цепь удерживающей катушки быстродействующего выключателя. При нормальном режиме магнитные потоки, возникающие вокруг кабелей ввода и вывода, взаимно уничтожаются. На рис. 97 условно сечение кабелей, проходящих через окно магнитопровода, показано окружностями; на остальных участках цепи кабели изображены в виде соединительных линий электрической связи. Направление тока в кабелях из плоскости чертежа к нам, как принято в электротехнике, показано точкой, а от нас в плоскость чертежа — крестиком.
В случае короткого замыкания на землю, например в точке К, ток, проходящий по кабелю ввода, а следовательно, и создаваемый им магнитный поток резко возрастут. В кабеле вывода, наоборот, ток и магнитный поток уменьшатся до нуля. Магнитный поток кабеля ввода направлен встречно по отношению к потоку включающей катушки.
Вследствие этого якорь реле под действием пружины оторвется от магнитопровода и разорвет цепь удерживающей катушки БВ.
Ток короткого замыкания прерывается быстродействующим выключателем не сразу и после срабатывания дифференциального реле некоторое время продолжает увеличиваться. Поэтому магнитный поток, создаваемый током кабеля ввода, может вновь притянуть якорь реле. Чтобы не допустить этого, в средней части магнитопровода реле установлен магнитный шунт. Воздушные зазоры этого шунта меньше, чем зазор между отключенными якорем и торцом магнитопровода. Поэтому после отключения реле магнитный поток, создаваемый током кабеля ввода, будет замыкаться через магнитный шунт.
Дифференциальное реле не может защитить тяговые двигатели от перегрузки, так как неравенства, или, как говорят, небаланса токов, в кабелях при этом не будет. Небаланс токов возможен только при коротком замыкании на землю.
На электровозах переменного тока дифференциальная защита тяговых двигателей не нужна, так как они соединены всегда параллельно и в их цепь включено реле перегрузки. Она используется для защиты от коротких замыканий выпрямительных установок. В этом случае катушку блока дифференциальных реле (БРД) вместе с дросселем включают между двумя точками цепи вторичных обмоток тягового трансформатора, имеющими равные потенциалы. Не останавливаясь подробно на действии защиты, отметим, что она реагирует на скорость нарастания тока короткого замыкания в выпрямительной установке. При быстром нарастании тока дроссель в цепи, где он установлен, задержит нарастание тока. Поэтому основная часть тока будет проходить по цепи катушек реле. Следовательно, магнитный поток удерживающей катушки будет значительно отличаться от магнитного потока, вызванного током короткого замыкания. Реле сработает и его контакты разорвут цепь удерживающей катушки главного выключателя.
На электровозах переменного тока необходимо защищать силовые цепи от замыканий на землю, точнее, на корпус (кузов) электровоза. Это объясняется тем, что вторичная обмотка трансформатора, выпрямители и тяговые двигатели не соединены с землей, как на электровозе постоянного тока, где замыкание на землю вызывает срабатывание быстродействующего выключателя или дифференциальной защиты. Нарушение изоляции в одной точке силовой цепи не приведет к повреждению, но замыкание в двух точках уже создает аварийный режим. Поэтому нужно контролировать состояние изоляции силовой цепи.
Это осуществляют с помощью реле заземления РЗ — так называемой земляной защиты. Обмотка реле РЗ (рис. 98) соединена с корпусом локомотива и включена в цепь выпрямленного напряжения селенового выпрямителя СВ.

Смотрите так же:  4 провода на samsung

Рис. 98. Схема защиты силовой цепи от замыканий на землю

Выпрямитель питается от вторичной обмотки напряжением 380 В тягового трансформатора. Чтобы можно было использовать одно и то же реле для двух групп тяговых двигателей, его подключают через два одинаковых резистора R к точкам силовой цепи, имеющим равные потенциалы. В случае короткого замыкания, допустим, в точке а образуется цепь выпрямленного тока, реле срабатывает и отключает главный выключатель.
Цепи вспомогательных машин защищают с помощью реле перегрузки, которые вызывают отключение главного или быстродействующего выключателя, а также плавкими предохранителями и дифференциальной защитой. Асинхронные двигатели вспомогательных машин электровозов переменного тока имеют тепловую защиту РТ от перегрузки. В тепловом реле (рис. 99) использованы биметаллические пластины, на которых установлены размыкающие блокконтакты.

Рис.99. Схема тепловой защиты

Металлы, из которых изготовлены пластины, имеют разные коэффициенты линейного расширения. В случае длительной перегрузки или короткого замыкания элементы нагреваются и изгибаются. После того как прогиб пластин достигнет определенного значения, блокконтакты разорвут цепь включающей катушки и контактор отключится. Когда установится нормальная температура, элементы займут исходное положение. Реле тепловой защиты включают в каждые два провода, подводимые к двигателю.
Особенности нарушений режимов электрического торможения зависят от системы торможения — реостатного или рекуперативного, схемы соединения и системы возбуждения двигателей.
В режиме реостатного торможения при последовательном возбуждении двигателей перегрузка может возникнуть, как и в тяговом режиме, в случае чрезмерно быстрого выключения ступеней реостата. Чтобы предотвратить такую перегрузку, обычно используют те же реле, что и в тяговом режиме.
При защите от токов короткого замыкания в режиме реостатного торможения, как и в режиме тяги, могут быть использованы дифференциальные реле и реле заземления.
Защита от коротких замыканий в режиме рекуперативного торможения на электровозах ВЛ8, ВЛ10 и ВЛ11 осуществляется быстродействующими электромагнитными контакторами КБ, имеющими дугогасительные камеры. При их выключении меняется направление тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей и происходит интенсивное гашение магнитного потока. Способ включения быстродействующих контакторов в схеме циклической стабилизации при возбудителе с противовозбуждением, создаваемым обмотками ОВГ в цепи якорей тяговых двигателей, пояснен на рис. 100.

Рис. 100. Схема защиты тяговых электродвигателей
от токов короткого замыкания в рекуперативном режиме

Отключающие катушки быстродействующих контакторов КБ1 и КБ2 через ограничивающие резисторы Ro включены параллельно катушкам индуктивных шунтов ИШ. Увеличение тока короткого замыкания в цепи тяговых двигателей вызывает резкое повышение напряжения на индуктивных шунтах. По отключающей катушке проходит ток, превышающий ток уставки контактора, в результате чего его силовые контакты размыкаются. Контакторы не размыкают цепь полностью, а вводят в нее резисторы R3, сопротивление которых выбирают таким, при котором не возникают опасные перенапряжения. После размыкания контактов контакторов КБ большая часть тока тяговых двигателей проходит через их обмотки возбуждения встречно по отношению к току возбуждения, вызывая быстрое размагничивание двигателей.
Для защиты от короткого замыкания на электровозах переменного тока с рекуперативным торможением устанавливают быстродействующие выключатели в цепи выпрямленного тока. На электровозах ВЛ80р в цепь каждого двигателя введены индивидуальные быстродействующие выключатели.

Защита проводов электрических линий от токов короткого замыкания и перегрузок

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 3088 ; Нарушение авторских прав

Решение.

1. Определяем расчетный ток нагрузки:

2. По таблице допустимых токовых нагрузок на кабели с медными жилами, прокладываемые в земле (прил. 3) в столбце «четырехжильные кабели до 1 кВ»выбираем медный кабель сечением 35 мм 2 .Длительно допустимый ток для выбираемого кабеля Iдоп = 175 А. Так как Iдоп > I, то, по условию нагрева, кабель проходит.

3. Проверяем выбранный кабель на потерю напряжения:

где r = 0,514 Ом/км— активное сопротивление медных проводов при температуре 20°С (прил. 4);

х = 0,35 Ом/км— для всех сечений кабельных линий напряжением до 1 кВ.

Допустимая потеря напряжения в силовых низковольтных сетях ∆Uдоп ≤ 5%. В нашем случае ˂ ∆Uдоп,следовательно, по потере напряжения выбранное сечение кабеля проходит.

Согласно правилам устройства электроустановок, электрические сети напряжением до 1000 В, сооружаемые как внутри, так и вне зданий, должны иметь защиту от токов короткого замыкания с минимальным временем отключения. Для защиты сетей напряжением до 1000 Вмогут применяться предохранители с плавкими вставками и различного типа автоматические выключатели. Ток плавкой вставки предохранителя, служащего для защиты сети от токов короткого замыкания, следует выбирать таким образом, чтобы соблюдалось соотношение

где — ток плавкой вставки;

— допустимый ток для данного сечения провода.

Для тока установки автоматического выключателя, имеющего регулируемую или нерегулируемую обратнозависимую от тока характеристику, соотношение принимает вид:

где— ток установки автомата.

Для тока установки автоматического выключателя, имеющего только мгновенный максимальный расцепитель, соотношение принимает вид:

Предохранителями и автоматами можно защищать также электрические сети от токов перегрузки. В соответствии с правилами устройства электроустановок осветительные сети и сети бытовых и передвижных электроприемников в жилых и общественных зданиях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, а также в пожароопасных и взрывоопасных помещениях должны быть защищены от перегрузок.

Защиту от перегрузок должны иметь электрические сети промышленных предприятий, сети силовых электроприемников жилых, административных и т. п. зданий только в случаях, когда по условиям технологического процесса или режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей.

В сетях, которые защищаются от перегрузок, плавкие вставки предохранителей или установки расцепителей автоматов выбираются по расчетному току, а сечение провода или кабеля выбирается таким образом, чтобы допускаемая длительная перегрузка на этот провод или кабель составляла не менее 125% максимального тока защитного аппарата.

Различают плавкие вставки двух типов: с малой теплоемкостью (быстродействующие), например, медные, и с большей теплоемкостью (инертные), изготовляемые из металла с большим удельным сопротивлением, например, из свинца и его сплавов. Инертные предохранители могут применяться в тех случаях, когда сети питают электроприемники, имеющие пусковые токи или кратковременные перегрузки. В этом случае недлительные по времени пусковые токи не могут перегреть провода сети, однако, если плавкая вставка не имеет инерции, то под действием пускового тока она сгорит и тем самым прервет цепь.

Выбор предохранителей с плавкими вставками производится следующим образом: для проводов с нагрузкой, при включении которой возникают значительные пусковые токи (включение асинхронных короткозамкнутых электродвигателей и т.д.), ток плавкой вставки выбирается в соответствии с соотношением

где − наибольшая величина тока в цепи. Под подразумевается:

а) для ответвления к одиночным электроприемникам −пусковой ток или наибольший ток нагрузки;

б) для цепей, питающих n приемников

где m – коэффициент одновременности;

– сумма рабочих токов электроприемников за исключением электроприемника, обладающего максимальным пусковым током;

− максимальный пусковой ток электроприемника.

Коэффициент α для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором обычно принимают равным α = 2,5. Для асинхронных электродвигателей с тяжелыми условиями пуска α = 1,6−2,0.

Порядок выбора плавких вставок для защиты проводов от действия токов короткого замыкания и перегрузок следующий:

1. Для сетей, имеющих электроприемники без пусковых токов.

Определяют расчетный ток I. По расчетному току подбирают ближайшую стандартную плавкую вставку с обязательным условием

Номинальные токи стандартных плавких вставок: 6, 10, 15, 20, 25, 35, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 325 и т.д.

Смотрите так же:  Пайка провода к наушникам

В случае необходимости защиты провода от перегрузок по расчетному току выбирают ток плавкой вставки, а сечение провода выбирают по допустимому току, определенному из соотношения

2. Для сетей, питающих электроприемники с пусковыми токами.

Определяют расчетный ток I. По расчетному току подбирают ближайшую стандартную плавкую вставку с обязательным условием

Проверяют, защищает ли выбранная плавкая вставка сечение проводов от действия токов короткого замыкания. Проверку производят по неравенству

где — допустимый ток для данного сечения проводов, определяемый по прил.3.

В случае, если неравенство не соблюдено, нужно увеличить сечение для необходимых результатов, при этом ток плавкой вставки сохраняется прежним.

Защита от перегрузок осуществляется так же, как и для электроприемников без пусковых токов.

Схема защиты от перегрузки и короткого замыкания

Реализовать схему защиты не сложно, тем более что она очень важна для защиты всех своих устройств от короткого замыкания и перегрузки. Если в приборе по каким-либо причинам случается короткое замыкание это может привести к непоправимым последствиям для него. Чтобы защитить вас от лишних затрат, а прибор от выгорания, достаточно сделать небольшую доработку, по нижеприведенной схеме.

Важно отметить что вся схема построена на комплементарной паре транзисторов. Для понимания расшифруем смысл фразы. Комплементарной парой называют транзисторы с одинаковыми параметрами, но разными направлениями p-n переходов.

Т.е. все параметры напряжения, тока, мощности и прочие у транзисторов абсолютно одинаковые. Отличие лишь проявляется в типе транзистора p-n-p или n-p-n. Также приведем примеры комплементарных пар, чтобы облегчить вам покупку. Из российской номенклатуры: КТ361/КТ315, КТ3107/КТ3102, КТ814/КТ815, КТ816/КТ817, КТ818/КТ819. В качестве импортных прекрасно подойдут BD139/BD140. Реле надо выбирать на рабочее напряжение не менее 12 В, 10-20 А.

Принцип действия:

При превышении определенного порога (порог устанавливается переменным резистором, опытным путем) замыкаются ключи комплементарной пары транзисторов. Напряжение на выходе прибора пропадает и загорается светодиод, свидетельствующий о срабатывании защитной системы прибора.

Кнопка между транзистора, позволяет осуществить сброс защиты (в стационарном состоянии замкнута, т.е. работает на размыкание). Сбросить защиту можно и другим путем, просто выключить и включить блок. Защита актуальна для источников питания или аккумуляторных зарядок.

Защита кабелей от токов короткого замыкания

Пожары, вызванные короткими замыканиями в электропроводке, случаются настолько часто, что при проектировании электроснабжения зданий и сооружений этому просто недопустимо не уделять пристальное внимание. В настоящее время выход из ситуации ищут путем разработки новых типов кабелей, не распространяющих горение, с низким дымо- и газовыделением, не выделяющих коррозионно-активных газообразующих продуктов при горении и тлении и с низкой токсичностью продуктов горения.

Конечно, можно закатать все жилы кабеля в слюдосодержащие термостойкие ленты, но количество коротких замыканий от этого почти не уменьшится. И количество воспламенений в клеммных коробках и внутри электрощитов останется таким же.

Причины воспламенения изоляции кабелей и прилегающих к ним строительных конструкций, коробок, электрощитов и оборудования чаще всего заключаются в неспособности аппаратов защиты обесточить защищаемую электрическую цепь за короткий промежуток времени. Это происходит либо вследствие ошибок в проекте, либо из-за неправильной эксплуатации электроустановки.

Сейчас при проектировании электроустановок для защиты электрических сетей в основном используют автоматические выключатели. Основными причинами их неспособности защитить кабель являются:

— выход из строя в процессе работы;

— использование выключателя с более высоким номинальным током, чем предусмотрено проектом, либо неверно выполненные расчеты в проекте, либо выполнение электромонтажных работ без проекта электрической сети;

— замена типа автоматического выключателя на такой, у которого электромагнитный расцепитель рассчитан на большее значение тока;

— отсутствие защиты от сверхтока, когда вместо дифференциального автоматического выключателя в электрошкаф устанавливают обычное УЗО. Такое, к сожалению, тоже бывает, особенно когда электромонтажные работы выполняют мастера широкого профиля: штукатур-маляр-каменщик-сантехник и он же электрик. А про необходимость проектирования электрической сети и авторского надзора проектировщиков за выполнением работ заказчики забывают;

— использование переносок и удлинителей (как например, описано в статьях Сопротивление цепи фаза — ноль и Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1)), увеличивающих длину групповой линии, вследствие чего ток короткого замыкания становится меньше порога срабатывания электромагнитного расцепителя;

— использование контрафактных автоматических выключателей, произведенных в неустановленных местах из некачественных комплектующих. В конце 20 и в первые годы 21 века ими были переполнены строительные рынки, и сейчас они встречаются довольно часто.

С учетом вышеперечисленных причин автоматические выключатели уступают по надежности предохранителям с плавкой вставкой. Плавкая вставка слишком проста в изготовлении (по сравнению с автоматическим выключателем), что бы при ее производстве допустить такой брак, от которого вставка не расплавилась бы от тока короткого замыкания, а стоимость плавких вставок слишком мала, что бы их начали подделывать на каком нибудь доморощенном производстве. Но, вследствие необходимости замены предохранителя после каждой перегрузки или замыкания сети, их использование неустанно сокращается. Кроме того автоматический выключатель одновременно является и аппаратом управления, позволяя отключать электрическую цепь.

Существенно повысить надежность электропроводки можно за счет последовательного включения предохранителя с плавкой вставкой и автоматического выключателя. Основную защиту должен обеспечивать автоматический выключатель. Плавкую вставку надо подбирать так, что бы она разрывала электрическую цепь при возникновении короткого замыкания только в случае отказа автоматического выключателя. Во взрывоопасных помещениях и там, где используются строительные конструкции из легкосгораемых материалов, такое включение обеспечивает повышенную защиту от пожара.

Использование подобной совмещенной защиты кабелей показано на Рис. 1, на котором отображены время – токовые характеристики автоматического выключателя с номинальным током 16 Ампер с характеристикой отключения «С» по стандарту IEC-EN60898 (кривые 1 и 2) и предохранителя ППН с плавкой вставкой gG-gL на 20 А (кривые 3 и 4, по данным из каталога «Предохранители плавкие низковольтные» Кореневского завода низковольтной аппаратуры). Время отключения автоматического выключателя находится в зоне, ограниченной кривыми 1 и 2. Время отключения предохранителя находится в зоне, ограниченной кривыми 3 и 4.

Показанная совмещенная защита кабельной линии автоматическим выключателем и предохранителем с плавкой вставкой рассчитана на защиту кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм 2 . Как видно из приведенных графиков, плавкая вставка будет перегорать при токах более 30 А и менее порога срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. При проектировании электропроводки проектировщик всегда выбирает сечение кабеля так, что бы ток короткого замыкания был значительно больше порога срабатывания электромагнитного расцепителя. Но часто после стихийной модернизации электрической сети возникают рассмотренные здесь ситуации. Хотя по нормам эксплуатации электроустановок все изменения в электрической сети должны быть согласованы с проектировщиком и отражены в проекте электропроводки.

В первую очередь нас интересуют кривые 1 и 3, отображающие максимальное время срабатывания аппаратов защиты в пределах их технологического разброса. При защите кабеля только автоматическим выключателем при токе короткого замыкания 150 А температура медных жил сечением 2,5 мм 2 превысит температуру 140 градусов (Таблица 4 в работе Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 2)). В случае защиты кабеля с сечением жил 1,5 мм 2 температура жил достигнет 300 — 400 градусов (Таблицы 1 и 2 в работе Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1)). На практике столь длительные короткие замыкания обычно прерываются выгоранием соединений в клеммных коробках и розетках и сопровождаются яркой искрящейся вспышкой, которая и является источником пожара. Но, при наличии предохранителя, плавкая вставка сгорит менее чем за 0,3 секунды, не допустив перегрев кабеля и выгорания контактных соединений.

Рассматриваемый случай, когда ток короткого замыкания равен 150 А при использовании автоматического выключателя С16, является аварийным и может быть вызван либо допущением ошибок в проекте электропроводки при расчете линии, либо удлинением кабельной линии в процессе модернизации электроустановки без предварительных расчетов. В результате чего величина тока короткого замыкания оказалась ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя.

Похожие статьи:

  • Реле тока рт-40 технические характеристики Реле тока РТ-40, РТ-140 Реле тока РТ-140 применяется в схемах релейной защиты и автоматики энергетических систем в качестве органа, реагирующего на повышение тока. Условия эксплуатации реле РТ40, РТ-140 Высота над уровнем моря до […]
  • 380 на 220 расчет Расчет емкости конденсатора При вводе данных в качестве десятичного разделителя используйте точку! При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается […]
  • Провода к свечам зажигания логан Схема подключения свечных проводов Рено Логан, Сандеро, Ларгус Подключение высоковольтных проводов к модулю и свечам зажигания Логан, Сандеро, Ларгус. Автомобили с системой зажигания DIS (Double Ignition System). Искра возникает […]
  • Фазное напряжение в трехфазной сети Линейные и фазные напряжения Под симметричной трехфазной системой принято понимать совокупность трех ЭДС синусоидальной формы равной частоты, амплитуды, сдвинутых по фазе на треть периода (угол 2/3) . График изменения ЭДС во времени, […]
  • Если покрыть провода лаком Подготовка БК регулятора к водным процедурам На RC автомобилях многие сталкиваются с проблемой герметизации силовой установки, особенно при заездах по бездорожью или в сырую погоду. Производители RC электроники не особо жалуют моделистов […]
  • Вязки провода ас Вязки спиральные для крепления неизолированных проводов марок А и АС Вязки спиральные (ТУ 3449-032-27560230-02) предназначены для крепления неизолированных проводов марок А, АС, АЖ сечением до 150 мм 2 на штыревых изоляторах. Вязки […]