БИБЛИОТЕКА

5. КОММУТАЦИОННЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ АППАРАТЫ

5.1. Коммутационные и защитные аппараты по своим параметрам - напряжение, ток, частота, степень защиты оболочки, режим работы, допустимое количество циклов оперирования в течение одного часа, коммутационная износостойкость, коммутационная способность, механическая износостойкость, условия эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды, электродинамическая и термическая стойкость к току КЗ, отключающая способность к току КЗ, а также климатическое исполнение и категория размещения - должны соответствовать условиям проектируемой установки. При выборе параметров напряжения и тока необходимо учитывать температуру окружающей среды и высоту над уровнем моря проектируемой электроустановки.

5.2. Коммутационные аппараты: рубильники, автоматические и неавтоматические выключатели, пускатели, контакторы.

Аппараты защиты: автоматические выключатели, плавкие предохранители, тепловые реле.

5.3. Коммутационные и защитные аппараты или шкафы, в которых они устанавливаются, должны иметь степени защиты оболочки в соответствии с ГОСТ 14254-80 "Изделия электротехнические. Оболочки. Степени защиты. Обозначения. Методы испытания".

5.3.1. В электротехнических помещениях, а также на выгороженных участках производственных помещений с нормальной средой - IР00.

5.3.2. В производственных помещениях с нормальной средой и в сухих помещениях - не менее IР20.

5.3.3. В пыльных помещениях - не менее IР44 или продуваемое с подводом чистого воздуха. Допускается изменять степень защиты оболочки от проникновения воды (2-я цифра в обозначении IР44) в зависимости от условий среды, в которой аппарат устанавливается.

5.3.4. Во влажных помещениях - не менее IР43.

5.3.5. В сырых и особо сырых помещениях - не менее IР44, изоляция и детали должны быть влагостойкими и защищенными от коррозии.

5.3.6.В помещениях с химически активной средой - не менее IР44 или продуваемое с подводом чистого воздуха. Допускается IР33, но с химически стойкой изоляцией.

5.3.7. В жарких помещениях - не менее IР20, должны выполняться мероприятия, исключающие возможность их недопустимого нагрева.

5.3.8. В наружных установках - не менее IР44, должна быть предусмотрена защита от атмосферных воздействий.

5.4. В соответствии с ГОСТ 12434-83 "Аппараты коммутационные низковольтные. Общие технические условия".

5.4.1. Режим работы коммутационных и защитных аппаратов: продолжительный, прерывисто-продолжительный (восьмичасовой), кратковременный, повторно-кратковременный и перемежающийся. Определение терминов режимов приведено в ГОСТ 18311-80 "Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий".

Допустимое количество циклов оперирования аппаратом в течение одного часа при его работе в повторно-кратковременном режиме определяется классом аппарата (от 0,01 до 60). Относительная продолжительность включения 15, 25, 40, 60 %.

5.4.2. Коммутационная износостойкость аппаратов это допускаемое число циклов оперирования В или 0 или В-0 под нагрузкой в режиме нормальной коммутации, см. п. 5.6

В-0 (Включение - Отключение). Включение, за которым немедленно следует отключение без выдержки времени.

5.4.3. Коммутационная способность аппаратов определяется для каждого аппарата в зависимости от категории его применения. Коммутационной способностью аппарата называется его способность произвести данное количество коммутационных операций (В-0) цепи в требуемых условиях, после чего аппарат остается в исправном состоянии. Аппараты имеют предельную коммутационную способность при режиме нормальной коммутации и при режиме редкой коммутации, а также одноразовую коммутационную способность.

Предельная коммутационная способность (ПКС) аппарата характеризуется наибольшими включающей и отключающей способностями при нормированных цикле операций и коэффициенте мощности. Аппараты должны надежно коммутировать любые токи, вплоть до токов предельной коммутационной способности.

Одноразовая предельная коммутационная способность (ОПКС) - это наибольший ток КЗ (наибольшее действующее значение полного тока К3) при котором аппарат коммутирует цепь безопасно, но после отключения тока КЗ не пригоден для дальнейшей эксплуатации, при этом разрушение его не может привести к порче или разрушению соседних аппаратов.

В соответствии с ГОСТ 11206-77 "Контакторы электромагнитные на напряжение до 1000 В. Общие технические условия":

Режим нормальной коммутации - режим нормальной работы аппарата в условиях, которые обычно имеют место в установке, для которой выбран аппарат.

Режим редкой коммутации - режим работы аппарата в более тяжелых условиях, чем нормальные, который может иметь место при его эксплуатации.

5.4.4. Категории применения аппаратов (АС) в режимах нормальной и редкой коммутаций, с указанием условий коммутирования цепи приведены в ГОСТ 12434-83

5.5. Механическая износостойкость аппаратов характеризуется числом циклов оперирования В-0 без нагрузки.

По коммутационной и механической износоустойчивости, в зависимости от требуемого количества циклов оперирования аппаратом в течение одного часа, количеству рабочих смен в сутки и рабочих дней в году определяется продолжительность эксплуатации аппарата.

5.6. В соответствии с ГОСТ 17516-72 "Изделия электротехнические. Условия эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды":

5.6.1. Коммутационные и защитные аппараты должны соответствовать условиям эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды. Имеются группы условий эксплуатации М1-М31.

5.6.2. Коммутационные и защитные аппараты, устанавливаемые в НКУ должны соответствовать требованиям условий эксплуатации, принятых для НКУ (М3, М4). При применении в НКУ аппаратов, которые предназначены для эксплуатации в менее жестких условиях, должны быть приняты специальные меры, обеспечивающие их работу в установленных для НКУ условиях эксплуатации. Если в НКУ применены аппараты с менее жесткими требованиями по эксплуатации по сравнению с другими аппаратами и не могут быть приняты меры, указанные выше, то условия эксплуатации НКУ должны быть установлены в соответствии с условиями эксплуатации этого аппарата. Допускаются для НКУ условия эксплуатации M1 или М2, если в НКУ нет источника ударных нагрузок.

5.7. В соответствии с ПУЭ 1.4.2 п. 2, в электроустановках напряжением до 1000 В по режиму КЗ должны проверяться:

распределительные щиты;

силовые пункты;

токопроводы (шинопроводы)

т.е. все аппараты, устанавливаемые на распределительных щитах и силовых пунктах, а также жесткие шины магистральных шинопроводов распределительных и троллейных винопроводов, распределительных пунктов и НКУ. По режиму КЗ должны быть также выбраны аппараты защиты одиночных электроприемников, получающих питание непосредственно от магистральных шинопроводов.

Трансформаторы тока по режиму КЗ не проверяются.

Выбор аппаратов защиты производится по току КЗ непосредственно за аппаратом, шинопроводов - по току КЗ в начале шинопровода.

5.8. В качестве расчетного тока КЗ для определения электродинамической и термической стойкости к току КЗ, принимается ток трехфазного КЗ, подсчитанный с учетом активных сопротивлений разъемных контактов коммутационных аппаратов и глухих контактных соединений в цепи КЗ и переходного сопротивления дуги в месте K3:

Наибольшее действующее значение полного тока КЗ - для определения предельной коммутационной способности аппарата (ПКС) и одно разовой предельной коммутационной способности аппарата (ОПКС);

Ударный ток КЗ - для определения электродинамической стойкости аппаратов и жестких шин, т.е. способность аппарата и шин пропустить ударный ток КЗ не вызывая остаточных деформаций;

Установившееся значение тока КЗ - для определения термической стойкости жестких шин, т.е. способность шин пропустить ток КЗ не вызывая недопустимого нагрева шин.

При расчете термической стойкости в качестве расчетного времени следует принимать сумму времени: действия защиты и собственного времени отключения аппарата.

5.9. (свободный)

5.10. К аппаратам, предназначенным для включения и отключения тока при нормальном режиме (пускатели, контакторы, неавтоматические выключатели) предъявляются требования надежной работы (без повреждения) при прохождении через них сквозного тока КЗ в течение времени срабатывания аппарата защиты, установленного в их цепи.

5.11. Допускается для промышленных предприятий, за исключением взрывоопасных и пожароопасных зон, выбирать автоматические выключатели по величине их одноразовой предельной коммутационной способности (ОПКС). При этом не требуется устанавливать групповой аппарат защиты, устойчивый к току КЗ, если линия позволяет иметь перерыв питания на время ревизии или замены вышедшего из строя выключателя.

5.12. Допускается для промышленных предприятий, за исключением взрывоопасных и пожароопасных зон, выбирать автоматические выключатели неустойчивые по ОПКС к токам КЗ, если защищающий их групповой аппарат или ближайший аппарат, расположенный по направлению к источнику питания, устойчивый к току K3, обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ, значение которого меньше значения тока ОПКС каждого из группы неустойчивых аппаратов, для чего необходимо, что бы ток уставки мгновенно-действующего расщепителя (отсечка) указанного аппарата был меньше значения ОПКС каждого из выключателей, и если такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования или длительным расстройством технологического процесса.

5.13. Не устойчивые по ОПКС к току КЗ автоматические выключатели рекомендуется выносить на отдельные панели или в шкафы, группируя их по условиям технологического процесса. При схеме блок трансформатор - щит, допускается на щите устанавливать неустойчивые по ОПКС автоматические выключатели согласно п. 5.12 группируя их на отдельных панелях или в шкафах.

5.14. При схеме блок трансформатор-щит допускается аппарат защиты на вводе щита, а также групповые аппараты защиты на щите не устанавливать, если выключатель, установленный на выводе от трансформатора к сборным шинам щита обеспечивает отключение тока КЗ, значение которого меньше значения тока ОПКС каждого из неустойчивых аппаратов щита, если такое отключение допустимо.

5.15. Для групп автоматических выключателей, выбранных по ОПКС или неустойчивых по ОПКС к току КЗ рекомендуется предусматривать таблички с надписями "Выключатели (перечислить) выбраны по ОПКС"; "Выключатели (перечислить) не устойчивы по ОПКС к току КЗ". Это диктуется не только условиями безопасности обслуживания, но и удобствами контроля за этими выключателями требующими после однократного отключения токов КЗ тщательной ревизии.

5.16. В отдельных случаях, при необходимости установки на цеховых распределительных шинопроводах, пунктах и щитах выключателей, не удовлетворяющих по ПКС и ОПКС, ограничение тока КЗ до необходимого уровня может быть достигнуто соответствующим размещением распределительных шинопроводов, пунктов и щитов, позволяющем увеличить длину питающих линий, учитывая при этом чувствительность защиты головного участка (в пределах допустимых по потере напряжения, условиям обслуживания и технико-экономической целесообразности).

5.17. В электроустановках напряжением до 1000 В аппарат не проверяется на термическую стойкость к токам КЗ, если необходимость такой проверки не оговорена в каталоге. Это означает, что при испытании аппарата на ПКС установлено, что термическая стойкость не ограничивает ПКС при временах отключения, определяемых защитной характеристикой аппарата.

5.18. Проверка жестких шин на термическую стойкость к току КЗ производится по формуле

 

где: q - минимально допустимое сечение шины по термической стойкости, мм²;

t - время срабатывания защиты, с (см. п. 5.8);

с - постоянная величина, зависимая от конечной температуры нагревания шин: для медных шин с = 165, для алюминиевых с = 90;

 - установившийся ток КЗ, кА.

5.19. При выдаче задания заводу-изготовителю на НКУ необходимо учитывать номенклатуру аппаратов, рекомендуемых к применению, а также указывать требуемую электродинамическую стойкость сборных шин.

В соответствии с ТУ16-536.042-76 сборные шины, соединения с шинами, опоры для шин должны выдерживать ударный ток КЗ, выбираемый проектировщиками из следующего ряда:

для открытых щитов - 16; 25; 40 кА

для защищенных щитов - 6,3; 10; 16; 25 кА.

Предельные значения допустимого ударного тока КЗ должны быть:

для открытых щитов - 50 кА

для защищенных щитов - 50 кА.

При отсутствии соответствующего указания в задании, сборные шины НКУ изготавливаются на наименьший ток КЗ соответствующего ряда.

По согласованию с заводом-изготовителем сборные шины НКУ могут изготавливаться на большую электродинамическую стойкость, чем указано выше.

НКУ изготавливаются со степенью защиты оболочки IР00, IР20, IР30, IР40 (не требуется защита от проникновения воды); IР21, IР31, IР41 (требуется защита от проникновения воды).

НКУ со степенью защиты IР54 могут изготавливаться по согласованию с заводом-изготовителем и специальному заказу.

5.20. Климатическое исполнение и категория размещения аппаратов защиты и управления принимаются в соответствии с ГОСТ 15150-69 "Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов, категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды".

5.21. В каталогах и ТУ номинальные технические данные коммутационных и защитных аппаратов указаны при определенных расчетных температуре окружающей среды и высоте установки над уровнем моря. Для некоторых аппаратов приведены также технические данные для температуры окружающей среды и высоте установки, отличающихся от принятых расчетных.

При отсутствии данных в каталогах и ТУ, при установке выключателей выше 1000 м над уровнем моря снижающие коэффициенты для номинальных тока и напряжения, учитываемых одновременно, могут быть приняты по табл. 5-1.

Табл. 5-1

Таблица 5-1 приведена из книги "Электроснабжение промышленных предприятий" Н.А. Казак и др., Москва, Энергия, 1966, с. 389 и книги Р.С. Кузнецова "Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 В", Москва, Энергия, 1970, с. 13.

5.22. Если в каталогах и ТУ для коммутационных и защитных аппаратов не указаны данные зависимости номинального тока аппарата от температуры окружающей среды и если аппарат должен работать при температуре среды выше расчетной (принятой для номинальных технических данных), то допустимый рабочий ток аппарата при другой температуре окружающей среды может быть определен по формуле:

 

где: - I_доп. - допустимый рабочий ток аппарата при t°_окр., А;

t°_окр. - фактическая температура окружающей среды, °С;

t°_доп. - наибольшая допустимая температура нагрева контактных соединений выводов аппаратов с внешними проводниками, °С в соответствии с ГОСТ 10434-82;

t°_рас. - расчетная температура окружающей среды для аппарата, °С.

В соответствии с ГОСТ 10434-82 "Соединения контактные электрические. Общие технические требования" допустимое превышение температуры в установках до 1000 В: шины и провода, кабели из меди, алюминия и его сплавов без защитных покрытий контактных поверхностей - 55 °С.

5.23. При выборе коммутационных и защитных аппаратов длительный рабочий ток их должен быть принят с учетом степени защиты оболочки аппарата по ГОСТ 14254-80, ухудшающей условия теплоотдачи. Коэффициенты снижения номинальных токов, как правило, указаны в каталогах и ТУ.

5.24. Если ток КЗ в электроустановке весьма велик, целесообразно применение токоограничивающих выключателей А3700 или предохранителей с высоким предельным отключаемым током ПН2, отключающих цепь КЗ до достижения током КЗ максимального значения. Элементы цепей, защищенных токоограничивающими выключателями А3700 или предохранителями ПН-2 проверяются на электродинамическую и термическую стойкость по наибольшему значению тока КЗ, ими пропускаемого.

5.25. Токоограничивающая способность выключателей серии А3700 (имеют специальные меры по повышению быстродействия размыкания контактов при прохождении через них токов КЗ) приведена на рис. 5-1 и 5-2.

 

Рис. 5-1. Напряжение 380 В

 

Рис. 5-2. Напряжение 660 В

I_м - максимально возможный ток КЗ при отключении - наибольший ток КЗ, пропускаемый выключателем (ограниченный);

I_у - ожидаемый ток КЗ (ударный ток КЗ).

На рис. 5-1 и 5-2 указана зависимость I_м от I_у для ~ Cos¦ = 0,2 - 0,4

Из рис. 5-1 и 5-2 видно, что при токах КЗ меньших (20-30)I_н токоограничивающего эффекта у выключателей А3700 нет и отключение происходит, как у обычных, нетокоограниченных выключателей.

Применение токоограничивающих выключателей А3700 в качестве групповых аппаратов защиты позволяет применять выключатели и предохранители не устойчивые к току КЗ сети, но устойчивые к ограниченному току КЗ.

5.26. Токоограничивающее действие предохранителей ПН-2.

Предохранители ПН-2 (насыпные) имеют токоограничивающие характеристики, т.е. ток КЗ не успевает достичь своего наибольшего значения, когда предохранитель размыкает цепь. Токоограничение при КЗ достигается за счет быстродействия предохранителей.

Семейство защитных характеристик плавких вставок предохранителей ПН-2 приведено на рис. 5-3.

 

Рис. 5-3

На кривых обозначены номинальные токи плавких вставок. Как пример, наибольший ток КЗ пропускаемый предохранителями ПН2-100 и ПН2-250 примерно 5 кА, независимо от тока КЗ, до предохранителей, в тоже время эти предохранители могут устанавливаться в электроустановках 380 В с током КЗ 100 кА.

5.27. Применение токоограничивающих выключателей и предохранителей с токоограничивающей характеристикой в качестве групповых аппаратов защиты, позволяет применять для группы маломощных электроприемников, неустойчивые к току КЗ выключатели и предохранители.

5.28. Выключатели, предназначенные для применения в качестве неавтоматических, расцепителей не имеют. Такие выключатели допускается применять когда не требуется аппарат защиты, но необходимо иметь аппарат отключения, однако надо учитывать их большую стоимость и низкую электродинамическую стойкость к току КЗ.

5.29. Использование выключателей в качестве коммутационного аппарата для непосредственного управления электродвигателями допускается лишь в соответствии с ТУ на выключатели.

5.30. Рубильники, имеющие соответствующую коммутационную способность допускается применять для включения и отключения электродвигателей с К.З.Р. мощностью не более 10 кВт (если не требуется нулевая защита). При этом рубильник должен иметь боковую рукоятку для управления и сплошной кожух (ПУЭ, 5.3).

5.31. Применение штепсельных соединителей для подключения переносных электродвигателей см. ПУЭ, 5.3.37.

5.32. Коммутационные аппараты по своим электрическим и механическим параметрам должны соответствовать характеристикам приводимого механизма во всех режимах его работы.

5.33. Коммутационные аппараты электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы должны выбираться по номинальному току при соответствующей продолжительности включения (ПВ) и по допустимой частоте включения наибольшего тока.