Электрооборудование ТЭС — Аппаратура установок до 1000 В

Электрооборудование ТЭС — Аппаратура установок до 1000 В

Предохранители предназначены для защиты установки от перегрузки и к. з. Основным элементом их является плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи. Сгорание плавкой вставки приводит к отключению поврежденного элемента. Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка и серебра. Для облегчения гашения дуги плавкие вставки выполняются из ряда параллельных проволок малого сечения или медной фольги, что уменьшает количество паров металла в возникающей при сгорании вставки дуге.
В установках до 1000 В применяются предохранители трубчатые и резьбовые. Примером трубчатого является предохранитель типа ПН-2 (рис. 4-3).В фарфоровом корпусе расположены ленточные медные вставки 2 с несколькими прорезями, в суженных местах которых нанесены оловянные шарики для снижения температуры плавления. Плавкие вставки привариваются к дискам 4, трубка запол-

Рис. 4-3 Предохранитель ПН-2.
1 — фарфоровый корпус; 2 — медная ленточная вставка; 3 — кварцевый песок; 4 — контактные диски; 5 — ножевой контакт.

В фарфоровом корпусе расположены ленточные медные вставки 2 с несколькими прорезями, в суженных местах которых нанесены оловянные шарики для снижения температуры плавления. Плавкие вставки привариваются к дискам 4, трубка заполняется кварцевым песком и герметически закрывается крышками. В сеть предохранитель включается с помощью ножевых контактов 5. При коротком замыкании плавкая вставка сгорает, возникает дуга в узком канале между песчинками кварца. Кварцевый песок имеет высокую теплопроводность, поэтому дуговое пространство охлаждается и дуга гаснет за тысячные доли секунды. Вследствие этого цепь разрывается до того, как ток к. з. достигает своего максимального значения. Такие предохранители являются токоограничивающими, что характерно для всех предохранителей с кварцевым заполнителем. Предельно отключаемый ток к. з. для предохранителей типа ПН-2 достигает 50 000 А.
няется кварцевым песком и герметически закрывается крыш- ками. В сеть предохранитель включается с помощью ножевых контактов 5. При коротком замыкании плавкая вставка сгорает, возникает дуга в узком канале между песчинками кварца. Кварцевый песок имеет высокую теплопроводность, поэтому дуговое пространство охлаждается и дуга гаснет за тысячные доли секунды. Вследствие этого цепь разрывается до того, как ток к. з. достигает своего максимального значения. Такие предохранители являются токоограничивающими, что характерно для всех предохранителей с кварцевым заполнителем. Предельно отключаемый ток к. з. для предохранителей типа ПН-2 достигает 50 000 А.
Широко распространен трубчатый предохранитель типа ПР-2, имеющий закрытую фибровую трубку и цинковую вставку. Гашение дуги, возникшей при расплавлении вставки, происходит за счет выделения газа из фибры; при этом давление в трубке достигает 40—80 кгс/см 2 (4—8 МПа).
В комплектных щитах применяются малогабаритные резьбовые предохранители типа ПРС, состоящие из пластмассового корпуса с резьбовой головкой, внутри которой находится плавкая вставка в специальном цилиндре, заполненном кварцевым песком. Плавкая вставка имеет контрольный глазок, который сигнализирует о срабатывании предохранителей.
Выбор предохранителя производится таким образом, чтобы он не перегревался при длительном прохождении номинального тока и не отключал установку при допустимых перегрузках. Если предохранитель установлен в цепи электродвигателя, то он не должен срабатывать при пуске, когда ток достигает 5— 7-кратного значения по отношению к номинальному. Учитывая, что пуск длится всего 1—3 с, достаточно плавкую вставку выбрать на ток в 2—3 раза больший, чем номинальный. Предохранитель с такой вставкой будет отключать цепь при к. з., но не будет защищать установку от перегрузки. Это является существенным недостатком предохранителей. Более чувствительная защита обеспечивается автоматами.

Электронные ограничители

Гораздо более совершенными по сравнению с упомянутыми выше предохранителями являются электронные ограничители. Условно такие устройства можно разделить на два типа:

• восстанавливающиеся автоматически после устранения возникшей неисправности,
• восстанавливающиеся вручную. Например: в схеме ограничителя предусмотрена кнопка, нажатие которой приводи к ее перезапуску.

Отдельно стоит сказать о так называемых пассивных устройствах защиты. Такие устройства предназначены для световой и/или звуковой сигнализации о ситуациях превышения допустимого тока в нагрузке. В большинстве своем такие схемы сигнализации применяются совместно с электронными ограничителями.

При каком токе сработает автомат?

В современных автоматах встроенно две защиты: электромагнитный расцепитель и тепловой, каждый выполняет свою важную функцию. Электромагнитный расцепитель призван защищать от коротких замыканий , иногда от неисправных электроприборов. Ток короткого замыкания очень большой и очень опасен для проводки, приборов учета, поэтому необходимо моментальное срабатывание автомата, как правило время срабатывания электромагнитного расцепителя не превышает 0,1 секунды или меньше (зависит от класса токоограничения автомата), зависит от конкретного прибора. Ток срабатывания такого расцепителя превышает номинальный в 5-10 раз! Естественно, от незначительной перегрузки он не защитит. Для защиты от перегрузок предназначен тепловой расцепитель. Время его срабатывания значительно дольше чем у магнитного, однако срабатывает тепловой расцепитель даже от незначительных перегрузок. Тепловой расцепитель может сработать и за секунду, а может «думать» целый час. Так вот, если 5-10 кратные перегрузки КЗ в течение 0,1 секунды провод переживет, то целый час «висеть» под током, в 1,5 раза превышающем номинал автомата способен не всякий провод!

Поэтому давайте обратим внимание на более медленную, но более чувствительную защиту — тепловой расцепитель автомата.

Основные характеристики электрического тока

Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.

Электрический ток обладает силой тока.

Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S :

Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:

I = q t ( 3 ) , где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.

По системе С И основная единица измерения силы тока – Ампер ( А ) .

Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j → способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S . Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.

Значение вектора плотности тока по модулю равно:

j = d I d S ‘ ( 4 ) , где d S ‘ является проекцией элементарной поверхности d S на плоскость, перпендикулярную вектору плотности тока, d I – элементом силы, которая идет через поверхности d S и d S ‘ .

Представление плотности в металле возможно по формуле:

j → = — n 0 q e υ → ( 5 ) , где n 0 обозначается концентрацией электронов проводимости, q e = 1 , 6 · 10 — 19 К л – зарядом электрона, υ → – средней скоростью упорядоченного движения электронов. Если значение плотностей тока максимальное, то

Ноль бьет током в сетях трехфазного тока

Теперь перейдем к рассмотрению разности потенциалов между нейтральным проводом и землей в сетях трехфазного тока. Здесь уже имеются свои особенности. Так, если нагрузки по всем фазам будут одинаковы и не будет смещения нейтрали, то на нейтральном проводе ток будет равен нулю. То есть при соединении в звезду фаз симметричного приемника нейтральный провод не оказывает влияния на работу цепи и может быть исключен.

Отсутствие сопротивления в проводах и равномерное потребление в многоквартирном доме или на линии с одно-дух этажной застройкой — это что-то из области фантастики, поэтому нейтральный проводник необходим и его основная функция – это минимизация напряжение смещения нейтрали и искажений фазных напряжений приемников. Подробно на данных процессах останавливаться не будем, и рассмотрим их отдельной темой. А пока же перейдем к току в нейтральном проводе при несимметричном потреблении.

Как и в случае с источником однофазного тока, при добавлении в схему сопротивления проводников помимо смещения нейтрали открывается путь для протекания тока через землю при прикосновении человека к рабочему нулевому или защитному проводнику.

Кстати, во всех системах TN с зануленным электрооборудованием при нормальном режиме работы на проводящих корпусах есть потенциал. А для того, чтобы не было разности потенциалов и вас не било током при замыкании цепи через трубы и иные проводящие коммуникации выполняется система уравнивания потенциалов.

Вернемся к теме и для наглядности рассмотрим схему:

Как видно, с учетом неравномерной нагрузки (на схеме это резисторы 10, 30 и 50 Ом) и сопротивления проводов взятых условно 0,3 Ом потенциал на дальнем от распределительного трансформатора участке нейтрального провода 4,5 Вольта. Соответственно через человека с сопротивлением 1000 Ом, стоящего на земле и касающегося нейтрального провода, потечет ток с силой 4,5 мА.

Если мы увеличим сопротивление проводов в два раза, то и проходящий через человека ток также возрастет почти в два раза (до 8,3 мА).

Мы знаем, что система TN с глухозаземленной нейтралью должна иметь повторные заземления PEN проводника с общим сопротивлением заземлителей не больше 10 Ом. С добавлением этого повторного заземления большая часть тока уйдет через него, а ток, проходящий через человека снизится с 8,3 до 3,2 мА.

Стоит отметить, что везде мы рассматривали сопротивление человека равное 1000 Ом. Но ведь нужно учитывать также сопротивление обуви, пола, грунта. И действительно, если вы будете стоять к примеру на сухом деревянном полу в обуви с хорошим сопротивлением, то вы скорее всего не почувствуете ничего, прикоснувшись к нейтральному проводу. И здесь условный нулевой потенциал земли никакой роли не играет. Вы всего лишь изолируетесь от проводимости земли. А если еще и выполнена система уравнивания потенциалов, то даже стоя босиком на влажном полу или дотронувшись второй рукой до трубы или батареи, разности потенциалов с нейтралью не будет. И если мы изменим сопротивление человека с 1000 до 5000 Ом, то проходящий через тело ток снизится с 3,2 до 0,6 мА.

Как видно, утверждение, что нейтральный проводник не бьется током, в корне не верное. Разность потенциалов между ним и землей есть всегда. Зависит она от нагрузки, неравномерной нагрузки в сетях трехфазного тока, протяженности воздушной линии и сопротивления проводов. Поэтому, несмотря на то, что в большинстве случаев вы хорошо изолированы от земли либо имеется система уравнивания потенциалов, и вы можете не ощутить влияния малых токов при контакте с нейтральным проводом, никогда не прикасайтесь, не убедившись в отсутствии большого потенциала на нем. Чем больше сопротивление нейтрального провода вплоть до отгорания, тем больше разность его потенциала с потенциалом земли и тем больший ток по закону Ома потечет в этой цепи.