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.

Лекция 8. Общие положения защиты в системах электроснабжения жилых и общественных зданий

Содержание лекции:

- общие положения защиты в системах электроснабжения.

Цель лекции:

- ознакомление с теорией образования тепла в проводнике и влияния тепла на него.

Короткое замыкание (КЗ) относится к аварийным режимам и бывает одно-, двух- и трехфазным. Самым тяжелым является трехфазное КЗ, но оно возникает значительно реже, чем однофазное или двухфазное КЗ. Причинами КЗ являются: пробой изоляции; перекрытие изоляции; неправильная сборка схемы; ошибки обслуживающего персонала.

Токи КЗ, во много раз превышающие номинальные токи присоединенных электроприемников и допустимые токи проводников, оказывают динамическое и термическое действие на токоведущие части, вызывая выход их из строя. Поэтому КЗ надо локализовать и быстро отключить поврежденный участок сети.

Если КЗ являются аварийным режимом, то перегрузки относятся к анормальным режимам, так как сопровождаются прохождением по электрооборудованию и токоведущим проводникам повышенных токов, вызывая ускоренное старение изоляции, что может привести к КЗ.

В качестве аппаратов защиты электросетей и электроустановок жилых и общественных зданий применяют автоматические выключатели или предохранители. Допускается при необходимости использование реле косвенного действия для обеспечения требований чувствительности, быстродействия или избирательности (селективности).

Если используется защита с помощью реле косвенного действия, то в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейную защиту выполняют с действием на сигнал или на отключение [4].

В целях удешевления электроустановок вместо автоматических выключателей и релейной зашиты применяют плавкие предохрани­тели, если они соответствуют следующим требованиям:

-могут быть выбраны по номинальным току и напряжению, номи­нальному току отключения и др.;

-обеспечивают требуемые избирательность и чувствительность: не препятствуют применению автоматики (АПВ. АВР и т.п.). Если релейная защита имеет цепи напряжения, то необходимо предусмотреть устройства, автоматически выводящие защиту из действия при отключении автоматических выключателей, перегорании предохранителей, а также устройства, сигнализирующие о нарушении этих цепей.

Коэффициент чувствительности кч релейной защиты, определяемый для максимальных токовых защит по формуле кч = 0,87Ik(3)/Iсз, должен быть примерно равен 1,5 для основных защит и 1,2 для ре­зервных. Здесь: Ik(3)— ток трехфазного КЗ; 0,87 — коэффициент пе­рехода к двухфазному КЗ, т.е. Ik(2)= 0,87 Ik(3); Iсз — ток срабатывания зашиты.

Для обеспечения условий электробезопасности в конкретной элект­роустановке важное значение имеет система уравнивания потенциалов.

Правила МЭК предусматривают подсоединение всех подлежа­щих заземлению проводников к общей шине. Это позволяет избе­жать протекания различных токов (непредсказуемых циркулирующих) в системе заземления, вызывающих возникновение разности потенциалов на отдельных элементах электроустановки (см. рисунок 12 и 13).

ПУЭ 7-го издания предписывают устройство основной и дополнительной системы уравнивания потенциалов.

На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:

-основного (магистрального) защитного проводника;

-основного (магистрального) заземляющего проводника;

-стальных труб коммуникаций зданий и между зданиями;

-металлических частей строительных конструкций, молниезащиты, системы центральною отопления, вентиляции и кондиционирования.

Рисунок 12 - Пример выполнения системы выравнивания потенциалов

1— водонагреватель; 2 — естественный заземлитель (арматура и фундамент здания); 3— главная заземляющая шина;

4— металлические трубы водопровода, канализации, газа;

5— заземлитель молниезащиты.

Рисунок 13 - Пример выполнения уравнивания потенциалов в электроустановке здания с системой TN-C-S

По ходу передачи электроэнергии рекомендуется выполнять до­полнительные системы уравнивания потенциалов.

К дополнительной системе уравнивания потенциалов должны быть подключены все доступные прикосновению открытые прово­дящие части стационарных электроустановок, сторонние проводя­щие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудо­вания (в том числе штепсельных розеток).

Более подробные сведения об основной и дополнительной систе­мах уравнивания потенциалов приведены в ПУЭ и других норматив­ных документах.

Следует отметить, что в связи с повышением оснащенности со­временных жилых, общественных и производственных зданий раз­личными электроприборами, развитием электроустановок имеет место ускоренная коррозия трубопроводов систем водоснабжения и отопления. Основная причина этого явления — протекание по ним блуждающих токов.

Применение УЗО в комплексе с правильно выполненной систе­мой уравнивания потенциалов позволяет ограничить и даже исклю­чить протекание по проводящим элементам конструкции здания, в том числе и по трубопроводам токов утечки и блуждающих токов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: