6.5.  ВЫБОР АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Выбор аппаратов управления и защиты в системах электропитания приборов и средств автоматизации производится с учетом следующих основных требований:

а)   напряжение и номинальный ток аппаратов должны соответствовать напряжению и допустимому длительному току цепи. Номинальные токи аппаратов защиты следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам отдельных электроприемников, при этом аппараты защиты не должны отключать цепь при кратковременных перегрузках (например, при пусках электродвигателей);

б)   аппараты управления должны без повреждений включать пусковой ток электроприемника и отключать полный рабочий ток, а также без разрушения допускать отключение пускового тока;

в)   аппараты зашиты по своей отключающей способности должны соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка; отключение защищаемой линии или электроприемника должно производиться с наименьшим временем;

г)   при коротких замыканиях по возможности должна быть обеспечена селективность работы защитных аппаратов с ниже- и вышестоящими защитными и коммутационными аппаратами; рекомендуется номинальные токи каждого последующего по направлению тока аппарата защиты (предохранителей и тепловых расцепителей) принимать на две ступени ниже, чем пре- дыдушего, если это не приводит к завышению сечений проводов (см. §6.7);

д)   аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение одно- и многофазных коротких замыканий в сетях с глухо- заземленной нейтралью и двух- и трехфазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью в наиболее удаленной точке защищаемой цепи. Для этого кратности токов однофазных коротких замыканий в сетях с глухозаземленной нейтралью должны превьшіать не менее чем:

в 3 раза номинальный ток плавкой вставки предохранителя данной цепи;

в 3 раза номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику;

в 1,4 раза ток уставки мгновенного срабатывания автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепи- тель (отсечку) с номинальным током до 100 А (отметим, что во взрывоопасных

установках указанные кратнсх;ти токов имеют другие значения, приведенные в разд. 15);

е)   в сетях с изолированной нейтралью, защищенных только от коротких замыканий, в которых, сечения проводников выбраны с учетом требований, изложенных в §6.7, допускается указанную выше расчетную проверку кратности тока короткого замыкания не выполнять; в сетях с глухозаземлен- ной нейтралью эта проверка является обязательной.

Рассмотрим подробнее приведенные выше требования применительно к выбору отдельных видов аппаратов управления и защиты.

Выбор пакетных выключателей, рубильников, тумблеров. Выбор этих аппаратов производится:

а)   по номинальному напряжению сети

где 1/„ом — номинальное напряжение рубильника, пакетного выключателя, тумблера; ^ном.с “ номинальное напряжение сети;

б)   по длительному расчетному току цепи

где — номинальный ток рубильника; /откл ~ наибольший отключаемый выключателем (тумблером) ток; — длительный расчетный ток цепи.

Кроме того, рубильники, пакетные выключатели и тумблеры должны без повреждений включать пусковые токи электроприемников, которые, как известно, могут превосходить их номинальные токи в несколько раз, а также без разрушения отключать эти пусковые токи.

Выбор магнитных пускателей. Выбор пускателей производится:

а) по мощности электродвигателя исполнительного механизма или задвижки.

Так же как и все другие аппараты управления, магнитные пускатели должны без повреждений включать пусковой ток электродвигателей и без разрушения отключать его. Здесь и выше тep^шн «без разрушения» применен не случайно. Следует иметь в виду, что при отключении пусковых токов электроприемников происходит повьшіенный износ (подгорание) контактов аппаратов, что в какой-то мере является повреждением. Однако сам аппарат при этом не разрушается. После ревизии и зачистки контактов он готов к дальнейшей эксплуатации.

Выбор предохранителен. Различают предохранители с большой тепловой инерцией, способные выдержать значительные кратко-

временные перегрузки током, и безынерционные, обладающие малой тепловой инерцией и ограниченной способностью к перегрузкам. К первым относятся в основном предохранители со свинцовыми токопроводящими мостиками, ко вторым — с медными. В схемах электропитания систем автоматизации наибольшее распространение имеет вторая группа плавких вставок.

Предохранители выбираются по следующим условиям:

1)   по номинальному напряжению сети:

где 1/ном.пред “ номинальное напряжение предохранителя; г7„ом.с “ номинальное напряжение сети.

Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети (в этих случаях плавкие вставки имеют лучшие защитные характеристики);

2)   по длительному расчетному току линии:

где /ном.вст “ номинальный ток плавкой вставки; — длительный расчетный ток линии.

Кроме того, при использовании безынерционных предохранителей не должно происходить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, например от пусковых токов электродвигателей исполнительных механизмов и электроприводов задвижек. Поэтому при выборе предохранителей для защиты таких злектро- приемников необходимо также выполнение и другого условия;

где /пуск — пусковой ток двигателя.

Это отношение выведено на основе практического опыта и исходит из того, что ускоренное старение плавких вставок не наблюдается, если максимальный ток, протекающий через вставку в течение какого-то времени t, не превышает примерно половины тока, который расплавит ее за то же время. Это означает, например, что если ток, равный 5 /„ом.вст! расплавляет плавкую вставку за время г = 2 с, то в течение этого же времени через вставку может проходить ток, равный 2,5/иом.вст> и возникающий при этом временный перегрев не вызывает заметного окисления и ускоренного ее старения.

Часто в проектной практике возникает необходимость в защите магистральной

линии, по которой питается группа электродвигателей исполнительных механизмов или задвижек, причем часть из них или все они могут пускаться одновременно. В этом случае предохранители выбираются по следующему соотношению:

где 4р = ^уск + /даит — максимальный кратковременный ток линии; ^уск — пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; — длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы двигателей), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению

где /рабтих — наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов, сигнальными лампочками и т. д. при одновременной работе; Х/^лтих — наибольший суммарный ток, потребляемый при включении катушек одновременно включаемый' аппаратов.

Следует отметить, что плавкие вставки, выбранные в соответствии с (6.5) или (6.6), не всегда будут защищать электродвигатель исполнительного механизма или задвижки от перегрузки. Так, например, если номинальный ток двигателя составляет 10 А, а пусковой ток 70 А, то номинальный ток плавких вставок, выбранный по (6.5), составляет 28 А (ближайшая большая плавкая вставка предохранителей имеет номинальный ток 30 А). Выбранные таким образом плавкие вставки обеспечат нормальный пуск такого двигателя и защиту его от коротких замыканий при условии, что ток короткого замыкания в самой удаленной точке защищаемой цепи будет не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток плавких вставок (пояснения к этому требованию приводятся ниже). Однако такая защита не будет чувствительна к токам перегрузки, превышающим номинальный ток линии (в данном случае это номинальный ток электродвигателя 10 А) в 3 раза.

В таких случаях плавкие предохранители осуществляют защиту только от токов короткого замыкания, а защиту от перегрузки можно выполнить, например, с

помощью тепловых элементов, встроенных в магнитные пускатели.

Под термином «длительный расчетный ток» в (6.4) в общем случае понимается не номинальный ток отдельного электроприемника или сумма номинальных токов группы электроприемников, хотя они и могут им быть, а действительный длительно протекающий по линии ток, определенный с учетом коэффициента одновременности работы электроприемников и коэффициента их загрузки.

Если известны номинальные мощности электроприемников, то их номинальные токи могут быть определены по следующим соотнощениям:

—    для трехфазных электроприемников переменного тока;

»

—    для однофазных электроприемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока;

—    для электроприемников постоянного тока, где Р — номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт; 1/„ом — номинальное напряжение (для электроприемников переменного тока — линейное напряжение сети). В; —номинальное фазное напряжение. В; cos ф —коэффициент мощности; т)—КПД электродвигателя;

3) по условию селективности. Все последовательно установленные в линии плавкие предохранители должны по возможности работать селективно (избирательно), т. е. предохранители должны срабатывать (перегорать) только тогда, когда повреждение произойдет именно на том участке линии, который они защищают. Это условие выполняется, если номинальные токи плавких вставок, защищающих соседние участки, различаются между собой не менее чем на одну ступень. Но более надежная отстройка получается в тех случаях, когда эта разница составляет две ступени. Однако надо иметь в виду, что отстройка в две ступени может привести к завышению сечения проводов (см. § 6.7).

Проверка условий срабатывания плавких предохранителей. Выбор номинальных токов плавких вставок по приведенным выше условиям — это в

сущности только определение условий отстройки защиты от пусковых токов, т. е. условий, предотвращающих ненужные отключения электроприемников. Но этого для нормальной работы системы электропитания недостаточно. Для надежного и быстрого перегорания плавких вставок требуется, чтобы при коротком замыкании в конце защищаемого участка обеспечивалась необходимая кратность тока короткого замыкашія, т. е. отнощение тока короткого замыкания

.4.3 к номинальному току плавкой вставки

Опыт эксплуатации показывает, что при кратности тока 4.3 току /иои.вст равной 10 — 15, когда время перегорания вставки не превышает 0,15 — 0,2 с, защита работает хорошо; практически уже не сказывается разброс характеристик плавких вставок в разных фазах и предотвращается приваривание контактов магнитных пускателей в цепях электродвигателей исполнительных механизмов и электроприводов задвижек. Последнее обстоятельство связано с тем, что при коротких замыканиях происходит снижение напряжения, которое может вызвать самопроизвольное отключение магнитных пускателей. В этом случае, если время перегорания плавких вставок окажется больше времени снижения напряжения до значения, при котором магнитные пускатели самопроизвольно отключаются (обычно это происходит при снижении напряжения ниже 0,851/ном.кат)> то ток короткого замыкания будет отключен не аппаратом защиты, а магнитным пускателем, не предназначенным для этой цели. Это сопровождается либо привариванием контактов пускателя, либо их сильным обгоранием, а часто — выходом из строя. Поэтому с учетом того, что протекание тока короткого замыкания не только вызывает сильный перегрев электрооборудования и проводников, а следовательно, ухудшение или разрушение их изоляции, но и может привести к неселективной работе аппаратов защиты и коммутационных аппаратов, в ПУЭ включено требование, чтобы во всех случаях отключение поврежденных участков защитными аппаратами происходило с наименьшим временем. А время это исходя из защитной характеристики предохранителей тем меньше, чем больше отношение /к.з//ігом.вст-

Однако десятикратные и большие отношения /к.з/4ом.вст следует рассматривать как нежелательные, но не всегда на практике выполнимые. , ,

Действительно, значение тока 4.3 при коротком замыкании в какой-либо точке сети

есть величина вполне определенная, зависящая в основном от мощности силового трансформатора системы электроснабжения, к которому присоединяется система электропитания, длины, сечения, материала и условий прокладки проводов и кабелей на всех участках силовой цепи от трансформатора до места короткого замыкания в системе электропитания. Вместе с тем наименьшее значение номинального тока плавкой вставки /ном.вст ограничено отстройкой от длительных расчетных токов линий и пусковых токов электроприемников условиями (6.4) — (6.7).

Возможности завышения сечений проводников (уменьшение их сопротивления) для увеличения кратности тока короткого замыкания обычно весьма ограничены, так как это влечет за собой увеличение капитальных затрат, повышенный расход цветных металлов и т. д.

Поэтому ПУЭ допускают применение предохранителей при кратностях тока 4,/ Аюм.вст не менее 3 (во взрывоопасных установках, см. разд. 15). Для проверки этого условия срабатывания предохранителей необходимо знать токи короткого замыкания в наиболее удаленной точке защищаемой цепи (одно- и многофазной в сетях с глухо- заземленной нейтралью и двух- и трехфазной в сетях с изолированной нейтралью).

Как правило, в проектах автоматизации расчеты токов короткого замыкания не производятся и для проверки условий срабатывания аппаратов защиты следует использовать данные расчета токов короткого замыкания, который производится при проектировании системы электроснабжения автоматизируемого объекта.

Однако если данные о токах короткого замыкания в системе электроснабжения отсутствуют, то их значения в системе электропитания контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации можно определить приближенным расчетом. Для этой цели можно воспользоваться рекомендациями, приведенными, в [6]. Обычно при проверке кратности тока току /ном.вст расчет выполняется для случая двухфазного короткого замыкания — для сети с изолированной нейтралью и однофазного короткого замыкания — для сети с глухозаземленной нейтралью.

Как указывалось выше, расчетную проверку условий срабатывания плавких предохранителей в сетях с изолированной нейтралью можно не выполнять, если сечения проводов питающей и распределительной сетей системы электропитания приборов

и средств автоматизации выбраны с учетом требований, изложенных в § 6.1. В сетях с глухозаземленной нейтралью такая проверка является обязательной, так как неотключе- ние однофазных коротких замыканий на землю в таких сетях чрезвычайно опасно с точки зрения поражения людей электрическим током.

Следует также иметь в виду, что часто при мощных питающих трансформаторах, сравнительно небольшом удалении от них питающих сборок, к которым присоединяется система электропитания, и правильном выборе сечений основных проводов и зану- ляющих проводников обеспечиваются достаточные значения токов коротког о замыкания, а следовательно, и отключение аварийных участков. В этих случаях в обычной проектной практике проверочные расчеты не производятся. Это же относится к проверке предохранителей на отключающую способность (отключающая способность предохранителей должна соответствовать трехфазному току короткого замыкания в начале зачищаемого участка).

Выбор автоматических выключателей. Выбор автоматических выключателей производится по номинальным напряжению и току с соблюдением следующих условий;

где С/ном.а — номинальное напряжение автоматического выключателя; С/ном.с “ номинальное напряжение сети;    а —номинальный ток автоматического выключателя; /длит — длительный расчетный ток линии.

Кроме того, должны быть правильно выбраны; номинальный ток расцепителей /„ом.расц; ток уставки электромагнитного расцепителя или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя /уст.эл.магн! номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя /„оы.уст.тепл-

Для защиты электродвигателей исполнительных механизмов и электроприводов задвижек токи расцепителей автоматических выключателей выбираются следующим образом.

Номинальные токи электромагнитного, теплового или комбинированного расцепителя должны быть не меньше номинального тока двигателя

(здесь и ниже надо учитывать, что если нагрузка двигателя значительно меньше его

номинальной мощности, то следует принимать длительный расчетный ток линии).

Ток уставки электромагнитного расцепителя (отсечки) или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от каталожных данных выбирается из условия

где /пуск — пусковой ток двигателя.

Для группы двигателей

где £/„ом.дв “ сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей до момента пуска двигателя (группы двигателей), дающего наибольщий прирост пускового тока; і^уск ~ пусковой ток двигателя (или группы двигателей, пускаемых одновременно), дающего наибольщий прирост пускового тока.

Номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя

Так же выбираются уставки расцепителей автоматических выключателей и для защиты цепей других электроприемников системы электропитания, например цепей контрольно-измерительных приборов и др. (разумеется, если в этом возникает необходимость, так как в большинстве случаев для зашиты приборов и других подобных электроприемников малой мощности по соображениям чувствительности оказывается необходимым применять плавкие предохранители). При этом надо учитывать, что если автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем устанавливается в цепях электроприемников, при включении которых не возникают броски пускового тока, то надобности в отстройке от последних нет и ток уставки электромагнитного расцепителя в этом случае должен выбираться миішмаль- но возможным.

Надежность срабатывания автоматических выключателей может проверяться так же, как и надежность срабатываішя предохранителей, по расчетному току короткого замыкания в конце защищаемого участка (при двухфазном коротком замыкании для сетей с изолированной нейтралью и однофазном коротком замыкании для сетей с глухозаземленной нейтралью).

При этом кратность тока короткого

замыкания (по отнощению к токам уставок- расцепителей) должна, как указывалось выще, составлять для автоматических выключателей только с электромагнитным рас- цепигелем 1,4; для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем, имеющим обратнозависимую от тока характеристику, 3.

Выбор тепловых реле магнитных пускателей. Тепловые реле выбираются по номинальному току двигателя (или длительному расчетному току);

В заключение отметим, что аппараты управления и защиты должны удовлетворять не только требованиям, изложенным в настоящем параграфе, но и всем другим условиям выбора аппаратов и, в частности, условиям Оіфужающей среды.