Тема № 13. Аппараты защиты в электроустановках
АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Аппараты защиты предназначены для того, чтобы при возникновении аварийных режимов в работе электроприемников или электрических сетей автоматически отключить защищаемую электрическую цепь.
Аварийными режимами являются следующие:
•межфазное короткое замыкание;
•замыкание фазы на корпус;
•увеличение тока в сети, вызванное перегрузкой технологического оборудования;
•исчезновение напряжения или чрезмерное понижение напряжения (которое вызывает опасное увеличение потребляемого тока).
Во всех перечисленных случаях защитные аппараты должны предупредить возможность повреждения изоляции обмоток двигателя и поломок в механической части привода или рабочей машины, своевременно и надежно отключив электроустановку.
Наряду с этим аппараты электрической защиты должны быть рассчитаны на длительное протекание через них максимального тока нагрузки и на кратковременное действие пикового тока, который возникает при включении в сеть отдельных мощных электродвигателей.
Различают максимальную защиту, защиту от перегрузок и защиту минимального напряжения (или нулевую).
Максимальной защитой называется защита электропривода от токов короткого замыкания и кратковременной большой перезагрузки. Этот вид защиты осуществляется электромагнитными расцепителями автоматических воздушных выключателей, плавкими предохранителями, а также электромагнитными реле, включенными во вторичные цепи.
Защита от перегрузок электроустановок длительными токами, на 30—60% превышающих номинальные токи, осуществляется при помощи тепловых реле или реле
максимального тока с выдержкой времени.
При очень значительном снижении напряжения, а также при полном его исчезновении двигатель может остановиться. Если после этого напряжение сети будет внезапно восстановлено, то произойдет самозапуск двигателя, что в некоторых случаях может привести к серьезным авариям и несчастным случаям. Защита, срабатывающая при понижении напряжения в сети и тем самым исключающая возможность самозапуска (если он недопустим), осуществляется электромагнитными реле напряжения, магнитными пускателями и контакторами. Она называется защитой минимального напряжения.
Защита осуществляется автоматическим отключением поврежденного участка системы или подачей сигнала о нарушении нормального режима. Каждый элемент системы кроме основной защиты реагирующей на нарушения режима элемента системы может снабжаться резервной защитой, которая должна реагировать при отказах основной.
К защите предъявляются следующие требования:
•быстродействие;
•селективность;
•надежность;
•чувствительность.
Быстродействие определяется временем срабатывания tc. Различают защиты: мгновенного действия tc < 0,05с, быстродействующие 0,05<tc<0,5с и замедленного действия tc > 0,5с. Селективность обеспечивается соответствующим выбором типа защиты, ее параметрами и временем срабатывания. Чувствительность характеризуется коэффициентом Кч. Для максимальной защиты Kч=Xmin/Xc для минимальной Кч= Хс/Хмах. Хс - параметр срабатывания, Xmin и Хмах - соответственно, минимально и максимально возможные значения контролируемого параметра в аварийном режиме.
Для общепромышленного электрооборудования предусматриваются: максимально токовая защита (для быстрого отключения при коротком замыкании), защита от перегрузок для отключения цепи при длительном превышении номинального; защита минимального напряжения для отключения двигателей при опасном для них снижении напряжения; нулевая защита, предохраняющая от самозапуска двигателя, остановившегося после случайного перерыва в электроснабжении.
По назначению электрические аппараты делятся на четыре группы:
•коммутирующие, производящие отключение и включение силовых электрических цепей в системах, генерирующих, передающих и распределяющих электрическую энергию;
•аппараты управления (контакторы, пускатели, контроллеры, командоаппараты), управляющие работой электротехнического устройства;
•реле и регуляторы, осуществляющие защиту и управление работой устройств с использованием логических задач;
•датчики, создающие электрические сигналы (ток, напряжение), соответствующие определенным параметрам технологических процессов.
Вывод по вопросу: Защитные аппараты должны предупредить возможность повреждения изоляции обмоток двигателя и поломок в механической части привода или рабочей машины, своевременно и надежно отключив электроустановку.
ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ, АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ, ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ, УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ
Каждая трансформаторная подстанция, каждая воздушная линия, каждая кабельная линия и распределительные внутридомовые сети, каждый электроприёмник имеют аппараты защиты, обеспечивающие их бесперебойную и надежную работу.
Таких аппаратов на данный момент в мире имеется огромный выбор. Их можно подобрать по типу, по способу подключения, по параметрам защиты. Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей очень обширная группа и включает в себя такие аппараты как:
плавкие вставки (предохранители), автоматические выключатели, разнообразные реле (токовые, тепловые, напряжения и т. п.).
Плавкие предохранители защищают участок цепи от токовых перегрузок и коротких замыканий. Разделяются на одноразовые предохранители и предохранители со сменными вставками. Используются и в промышленности и в быту. Существуют предохранители работающие на напряжении до 1кВ и так же высоковольтные предохранители установленные, работающие на напряжении выше 1000В (например, плавкие предохранители на трансформаторах собственных нужд подстанций 6/0,4 кВ). Удобство в эксплуатации, простота конструкции и легкость при замене обеспечили предохранителям очень большую распространенность.
Подробнее про плавкие предохранители и их использование для защиты электроустановок смотрите здесь:
Плавкие предохранители ПР-2 и ПН-2 - устройство, технические характеристики
Плавкие высоковольтные предохранители ПКТ, ПКН, ПВТ
Автоматические выключатели играют ту же роль, что и предохранители. Только по сравнению с ними имеют более сложную конструкцию. Но при этом пользоваться автоматическими выключателями гораздо удобнее. В случае возникновении, например, короткого замыкания в сети в следствии старения изоляции, автоматический выключатель отключит от питания повреждённый участок. При этом сам легко восстанавливается, не требует замены на новый и после проведения ремонтных работ будет снова защищать свой участок сети. Так же пользоваться выключателями удобно при проведении каких либо регламентных ремонтных работ.
Производятся автоматические выключатели с широким спектром номинальных токов. Что позволяет подобрать нужный практически под любую задачу. Работают выключатели на напряжении до 1 кВ и на напряжении свыше 1кВ (высоковольтные выключатели).
Высоковольтные выключатели, для обеспечения чёткого расцепления контактов и предотвращения появления дуги производятся вакуумными, наполненными инертным газом или маслонаполненными.
В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели производятся как для однофазных так и для трехфазных сетей. То есть существуют одно-, двух-, трех-, четырехполюсные выключатели контролирующие три фазы трехфазной сети.
Например, при появлении короткого замыкания на землю одной из жил питающего кабеля электродвигателя автоматический выключатель отключит питание на всех трех, а не на одной поврежденной. Так как после исчезновения одной фазы электродвигатель продолжил бы работу на двух. Что не допустимо, так как является аварийным режимом работы и может привести к преждевременному выходу его из строя. Автоматические выключатели производятся для работы с постоянным и переменным напряжением.
Подробнее про автоматические выключатели смотрите здесь:
•Устройство автоматического выключателя
•Расцепители автоматического выключателя
•Автоматические выключатели АП-50
•Электрогазовые выключатели 110 кВ и выше
Так же для защиты электрооборудования и электрических сетей разработано множество разнообразных реле. Под каждую задачу можно подобрать необходимое реле.
Тепловое реле - самый распространённый тип защиты электродвигателей, нагревателей, любых силовых приборов от токов перегрузки. Принцип его действия основан на возможности электрического тока нагревать проводник, по которому он протекает. Основная часть теплового реле – биметаллическая пластина. Которая при нагревании изгибается и тем самым разрывает контакт. Нагрев пластины происходит при превышении током его допустимого значения.
Токовые реле, контролирующие величину тока в сети, реле напряжения, реагирующие на изменения напряжения питания, реле дифференциального тока, срабатывающие при возникновения тока утечки.
Как правило такие токи утечки весьма малы, и автоматические выключатели совместно с предохранителями на них не реагируют, но могут вызвать смертельное поражение человека при контакте его с корпусом неисправного прибора. При большом количестве электроприёмников требующих подключения через дифференциальное реле, для уменьшения габаритов силового щита, питающего эти электроприёмники, используют комбинированные автоматы.
Сочетающие в себе устройства автоматического выключателя и дифференциального реле (автоматы дифференциальной защиты или дифавтоматы). Часто использование таких комбинированных защитных устройств бывает весьма актуально. При этом снижаются габариты силового шкафа, облегчается монтаж и следовательно уменьшаются затраты на установку.
На основе реле на производстве собирают шкафы релейных защит. Сборные шкафы релейных защит обеспечивают стабильную работу потребителей разных категорий. Примером подобной защиты является собранный на базе реле и цифровых блоков защит автоматический ввод резерва (АВР). Надежный способ обеспечения потребителей резервным электроснабжением, при потере основного.
Для работы АВР необходимо наличие хотя бы двух источников питания. Для потребителей первой категории наличие устройства АВР является обязательным условием. Так как перебои в электроснабжении для этой категории потребителей может привести к опасности для жизни людей, нарушению технологических процессов,
материальному ущербу.
Вывод по вопросу: Устройства защиты должны выбираться согласно параметрам потребителя, характеристике проводников, токов короткого замыкания, типа нагрузки.
ЗАЗЕМЛЕНИЕ, ЗАНУЛЕНИЕ, ВЫРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ
Заземление электроустановки — преднамеренное электрическое соединение ее корпуса с заземляющим устройством.
Заземление электроустановок бывает двух типов: защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение - защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу элекроустановки или других ее частей, которые оказались под напряжением.
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности. Предназначено для защиты человека от прикосновения к корпусу электроустаноувки или других ее частей, оказавшихся под напряжением. Чем ниже сопротивление заземляющего устройства, тем лучше. Чтобы воспользоваться преимуществами заземления, надо купить розетки с заземляющим контактом.
В случае возникновения пробоя изоляции между фазой и корпусом электроустановки корпус ее может оказаться под напряжением. Если к корпусу в это время прикоснулся человек - ток, проходящий через человека, не представляет опасности, потому что его основная часть потечет по защитному заземлению, которое обладает очень низким сопротивлением. Защитное заземление состоит из заземлителя и заземляющих проводников.
Есть два вида заземлителей – естественные и искусственные.
К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий, надежно соединенные с землей.
В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы, стержни или уголок, длиной не менее 2,5 м, забитых в землю и соединенных друг с другом стальными полосами или приваренной проволокой. В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземлитель с заземляющими приборами обычно используют стальные или медные шины, которые либо приваривают к корпусам машин, либо соединяют с ними болтами. Защитному заземлению подлежат металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, щиты, шкафы.
Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. При повреждении изоляции ток замыкания протекает по корпусу электроустановки, заземлителю и далее по земле к нейтрали трансформатора, вызывая на их сопротивлении падение напряжения, которое хотя и меньше 220 В, но может быть ощутимо для человека. Для уменьшения этого напряжения необходимо принять меры к снижению сопротивления заземлителя относительно земли, например, увеличить количество исскуственных заземлителей.
Зануление — преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением с глухо заземленной нейтралью с нулевым проводом. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус электроустановки превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток в этом случае возникает значительно больший, чем при использовании защитного заземления. Быстрое и полное отключение поврежденного оборудования — основное назначение зануления.
Различают нулевой рабочий проводник и нулевой защитный проводник.
Нулевой рабочий проводник служит для питания электроустановок и имеет одинаковую с другими проводами изоляцию и достаточное сечение для прохождения рабочего тока.
Нулевой защитный проводник служит для создания кратковременного тока короткого замыкания для срабатывания защиты и быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети. В качестве нулевого защитного провода могут быть использованы стальные трубы электропроводок и нулевые провода, не имеющие предохранителей и выключателей.
Системы заземления различаются по схемам соединения и числу нулевых рабочих и защитных проводников.
Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:
- T — непосредственное соединения нейтрали источника питания с землёй.
- I — все токоведущие части изолированы от земли.
Вторая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:
- T — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй.
- N — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания.
Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников: C — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.
S — функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками.
1. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ TN-C
К системе TN-C относятся трехфазные четырехпроводные (три фазных проводника и PEN- проводник, совмещающий функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников) и однофазные двухпроводные (фазный и нулевой рабочий проводники) сети зданий старой постройки. Эта система простая и дешевая, но она не обеспечивает необходимый уровень электробезопасности.
2. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ TN-C-S
В настоящее время применение системы TN-C на вновь строящихся и реконструируемых объектах не допускается. При эксплуатации системы TN-C в здании старой постройки, предназначенном для размещения компьютерной техники и телекоммуникаций, необходимо обеспечить переход от системы TN-C к системе TN-S (TN-C-S).
Система TN-C-S характерна для реконструируемых сетей, в которых нулевой рабочий и защитный проводники объединены только в части схемы, во вводном устройстве электроустановки (например, вводном квартирном щитке). Во вводном устройстве электроустановки совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник PEN разделен на нулевой защитный проводник PE и нулевой рабочий проводник N. При этом нулевой защитный проводник PE соединен со всеми открытыми токопроводящими частями электроустановки. Система TN-C-S является перспективной для нашей страны, позволяет обеспечить высокий уровень электробезопасности при относительно небольших затратах.
3. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ TN-S
В системе TN-S нулевой рабочий и нулевой защитный проводники проложены отдельно. С подстанции приходит пяти жильный кабель. Все открытые проводящие части электроустановки соединены отдельным нулевым защитным проводником PE. Такая схема исключает обратные токи в проводнике РЕ, что снижает риск возникновения электромагнитных помех. Хорошим вариантом для минимизации помех является пристроенная трансформаторная подстанция (ТП), что позволяет обеспечить минимальную длину проводника от ввода кабелей электроснабжения до главного заземляющего зажима. Система TN-S при наличии пристроенной подстанции не требует повторного заземления, так как на этой подстанции имеется основной заземлитель. Такая система широко распространена в Европе.
4. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ TT
В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.
5. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ IT
В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства,
имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в будет низким и не повлияет на условия работы присоединенного оборудования. Такая система используется, как правило, в электроустановках зданий, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности.
СХЕМА КОНТУРНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
1. Заземлители
2. Заземляющие проводники
3. Заземляемое оборудование
4. Производственное здание.
ПРИМЕР СХЕМЫ ЗАЗАМЛЕНИЯ ДОМА
1. Водонагреватель
2. Заземлитель молниезащиты
3. Металлические трубы водопровода, канализации, газа
4. Главная заземляющая шина
5. Естественный заземлитель (арматура фундамента здания)
МЕРЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Для защиты человека от поражения электрическим током применяют защитные средства - резиновые перчатки, инструмент с изолированными ручками, резиновые боты , резиновые коврики, предупредительные плакаты.
КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
Для предупреждения несчастных случаев от поражения электрическим током необходимо контролировать состояние изоляции проводов электроустановок. Состояние изоляции проводов проверяют в новых установках, после реконструкции, модернизации, длительного перерыва в работе. Профилактический контроль изоляции проводов проводят не реже 1 раза в 3 года. Сопротивление изоляции проводов измеряют мегаомметрами на номинальное напряжение 1000 В на участках при снятых плавких вставках и при выключенных токоприемниках между каждым фазным проводом и нулевым рабочим проводом и между каждыми двумя проводами. Сопротивление изоляции должно быть не меньше 0,5 Мом.
Вывод по вопросу: Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление.
ВЫВОД ПО ТЕМЕ: Для предупреждения несчастных случаев от поражения электрическим током необходимо контролировать состояние изоляции проводов электроустановок.
Скачать документ:
