Лекция 7. Защита в системах электроснабжения жилых и общественных зданий. Виды защиты

Содержание лекции:

- защита в системах электроснабжения зданий.

Цель лекции:

- основные виды защиты.

Электрические сети жилых и общественных зданий должны иметь защиту от токов КЗ, обеспечивающую наименьшее время от­ключения и выполнение требований избирательности действия. За­щита должна отключать поврежденный участок при КЗ в конце за­щищаемой линии:

1) одно-, двух- и трехфазных — в сетях с глухозаземленной нейтралью;

2) двух- и трехфазных — в сетях с изолированной нейтралью.

Аппараты защиты выбирают и размещают таким образом, чтобы их срабатывание происходило с выдержкой времени по мере их уда­ления в сторону источника питания. Этим обеспечивается избира­тельность действия защиты, которая не всегда может быть достигну­та в сетях до 1 кВ при применении автоматических воздушных вы­ключателей и предохранителей. Последнее объясняется разбросом характеристик аппаратов зашиты, особенно предохранителей.

Достоинствами плавких предохранителей являются:

- простота устройства;

- относительно малая стоимость;

- быстрое отключение цепи при КЗ (меньше одного периода);

- способность предохраните­лей типа ПК ограничивать ток в цепи при КЗ.

К недостаткам плавких предохранителей относятся следующие: предохранители срабатывают при токе, значительно превышающем номинальный ток плавкой вставки, и поэтому избирательность от­ключения не обеспечивает безопасность отдельных участков сети; отключение сети плавкими предохранителями связано обычно с пе­ренапряжением; возможны однофазное отключение и последую­щая аномальная работа установок; одноразовость срабатывания предохранителя и, как следствие, значительное время на замену предохранителя [8].

Наиболее распространенными предохранителями, применяемы­ми для защиты установок напряжением до 1 кВ, являются:

ПР — предохранитель разборный;

НПН — предохранитель насыпной неразборный;

ПНР — предохранитель насыпной разборный.

Шкала номинальных токов предохранителей 15 — 1000 А.

Для жилых и общественных зданий основной характеристикой защиты является быстрота действия.

Электрические сети внутри зданий, выполненные открыто про­ложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изо­ляцией, защищают от перегрузки. Кроме того, от перегрузки защи­щают сети внутри зданий, а именно:

- осветительные сети жилых и общественных зданий, торговых по­мещений, включая сети для бытовых и переносных электроприем­ников (утюгов, чайников, комнатных холодильников, стиральных машин и т.п.);

- силовые сети жилых и общественных зданий, торговых помеще­ний только в случаях, когда по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников.

Обычно в жилых и общественных зданиях в силовых сетях таких режимов не существует, поэтому они защищаются только от КЗ. Исключение составляют электрические сети к лифтам, противопо­жарным устройствам и т.п., относящиеся к I категории надежности питания, при установке устройств АВР (например, на ВРУ). Такие сети защищают и от перегрузки.

В электрических сетях, защищаемых от перегрузки, проводники выбирают по расчетному току. В этом случае аппараты зашиты дол­жны иметь по отношению к длительно допустимым токовым на­грузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3 ПУЭ, кратность не более:

1) 80 % для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), — для проводни­ков с поливинилхлоридной, резиновой или аналогичной по тепло­вым характеристикам изоляцией;

2) 100 % для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расиепитель (отсечку), —для кабелей с бу­мажной изоляцией;

3) 100 % для номинального тока расцепителя автоматического вы­ключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характери­стикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) — для про­водников всех марок;

4) 100 % для тока трогания расцепителя автоматического выключа­теля с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой или аналогич­ной по тепловым характеристикам изоляцией;

5) 125 % для тока трогания расцепителя автоматического выключа­теля с ретулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизирован­ного полиэтилена.

Силовые электроприемники (электродвигатели переменного тока) защищают от многофазных КЗ, а в сетях с глухозаземленной нейтралью и от однофазных КЗ. Кроме того, электродвигатели за­щищают от токов перегрузки (максимальная токовая защита), если она имеет место, и от понижения напряжения (защита минимально­го напряжения).

Для защиты электродвигателей от КЗ применяют предохраните­ли или автоматические воздушные выключатели. Для надежного от­ключения КЗ на зажимах электродвигателя с легкими условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвига­телей с тяжелыми условиями пуска (частые пуски и т.п.) - 2,0 - 1,6.

Защита двигателей от КЗ может выполняться с помощью макси­мальных реле тока типа РЭВ (РЭВ-200, РЭВ-750 и др.) в виде токо­вой отсечки (ТО).

Автоматические выключатели являются более совершенными аппаратами защиты по сравнению с предохранителями.

Автоматические воздушные выключатели могут снабжаться сле­дующими встроенными в них расцепителями:

- электромагнитным или электронным максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически не завися­щей от тока скоростью срабатывания (защита от токов КЗ);

- электротермическим или тепловым (обычно биметалличе­ским) или электронным инерционным максимального тока с зави­сящей от тока выдержкой времени (защита от токов перегрузки);

- минимального напряжения.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя не защи­щает питающую линию или асинхронный двигатель от токов КЗ, так как тепловой расцепитель, обладая большой тепловой инерцией, не успевает нагреться за малое время существования КЗ.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время сра­батывания расцепителей, автоматические выключатели разделяют на неселективные с временем срабатывания 0,02 — 0,1 с, селектив­ные с регулируемой выдержкой времени; токоограничивающие с временем срабатывания не более 0,005 с.

Расцепители максимального тока устанавливают во всех фазах, остальные — по одному на выключатель. В одном выключателе обычно применяют токовые расцепители и расцепитель минималь­ного напряжения. Выбор номинального тока или уставки расцепи­телей максимального тока аналогичен выбору номинального тока плавких вставок предохранителей.

Основные преимущества автоматических выключателей заклю­чаются в следующем:

- отключают все три фазы при КЗ или перегрузке, тем самым исключается работа электроустановок в неполнофазных режимах;

- готовы к работе вскоре после срабатывания;

- имеют более точные времятоковые характеристики;

совмещают функции защиты и коммутации.

Ниже рассмотрены примеры схем защиты электроустановок и электрических сетей напряжением 0,4 кВ жилых и общественных зданий.

KL— промежуточное реле постоя иного тока: VDI. Rl, VD2, С1 — стабилизиро­ванный выключатель; RK— позистор. Рисунок 11 - Принципиальная схема температурной зашиты электродвигателя на­пряжением до 1 кВ типа УВТЗ-2 с использованием терморезистора (позистора)

Основными недостатками электротепловых реле являются следующие:

- при КЗ нагреватель реле может перегореть раньше, чем реле от­ключит электродвигатель, поэтому эту защиту устанавливают при наличии быстродействующей защиты от КЗ, например, плавких предохранителей;

- плохое согласование с тепловой перегрузочной способностью двигателей;

- недостаточная стабильность параметров срабатывания в про­цессе эксплуатации (АЗ 100).

На рисунке 11 приведена принципиальная схема температурной за­щиты двигателя с использованием позистора (типа УВТЗ-2).

При допустимой температуре обмоток двигателя сопротивление позистора Rx = 150 - 450 Ом, и реле KL находится в положении сра­батывания, т.е. его контакт KL замыкает цепь катушки контактора КМ. В аварийных режимах, когда температура обмоток двигателя резко повышается, сопротивление позисторов также резко увеличи­вается. При этом ток в обмотке реле KL уменьшается, и оно возврашается в исходное состояние, размыкая цепь катушки КМ. Электро­двигатель отключается от сети.

Устройство УВ'ГЗ-2 является также зашитой от обрыва нулевого провода в сетях 0,4 кВ. Обрыв нулевого провода недопустим по тех­нике безопасности, так как при этом нарушается связь между кор­пусом электродвигателя и заземлен­ной нейтралью, что может привести к поражению людей электрическим током. Так. при обрыве нулевого провода напряжение на обмотке ре­ле KL исчезает, и электродвигатель отключается от сети.

Аппаратом зашиты минималь­ного напряжения является также магнитный пускатель, или контак­тор, так как при напряжении менее (0,6-0,7)Uном он автоматически от­ключается, и включить его можно с помощью схем управления при вос­становлении напряжения в сети.