Рис. 11.8. Патрон стреляющего предохранителя типа ПСН-35

Рис. 16.14. Предохранитель типа ПСН-35

Процесс отключения сопровожда­ется сильным выбросом пламени, га­зов и стреляющим звуковым эффек­том. Поэтому стреляющие предохра­нители соседних фаз должны быть на значительном удалении друг от друга.

 В процессе гашения дуга снача­ла имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопро­тивления дугового  промежутка  и устраняет перенапряжения.

Рекомендация для Вас — 21 Программы наблюдений за гидрологическими показателями.

г) Выбор предохранителей. При определении номи­нального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высшего напряжения трансформа­тора присоединяется через предохранитель. При подаче на­пряжения на трансформатор возникают пики намагничива­ющего тока, среднее значение амплитуды которых достига­ет 10 I_ном.,  а длительность прохождения примерно равна 0,1 с. Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течение 0,1 с на­чального намагничивающего тока.

В заключение необходимо проверить селективность ра­боты предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

При КЗ в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напря­жения и ближайшего к предохранителю. При КЗ на сторо­не низкого напряжения предохранитель должен иметь вре­мя плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения. При выборе предохранителя необходимо соблюсти также соотношение

ЭТЛ. Кратность предохранителей | gigaOm

В нормативных документах, регламентирующих отключающие характеристики аппаратов защиты, приводятся кратности токов короткого замыкания по отношению к номинальным токам аппаратов. Проверку аппаратов по таким нормативам проводить просто – достаточно разделить ток КЗ на номинал и полученную кратность сравнить с допустимой, однако …

Рассмотрим нормативные требования к предохранителям:

1. В правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ ЭП), при проверке срабатывание защит, согласно Прил. 3 п. 28.5, «ток однофазного короткого замыкания должен быть не менее трехкратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя».
2. В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) в п. 7.3.139 для электроустановок взрывоопасных зон ток КЗ должен превышать «не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя».
3. При этом согласно п 1.7.79 ПУЭ время автоматического отключения питания при КЗ групповых присоединений 220 В не должно превышать 0,4 секунд, за исключением стационарных электроприемников. А щиты, щитки и стационарные электроприемники должны отключатся не позднее 5 секунд.

Рассмотрим, как согласуются приведенные нормы между собой, для этого проанализируем время-токовые характеристики (ВТХ) наиболее распространенных предохранителей, и найдем кратности при наиболее длительно допустимом времени отключения – 5 секунд.

ВТХ предохранителя ПН2 производства КЭАЗ

Отношение токов отключения предохранителей к номинальным токам

Из таблицы видим, что при 3, и даже при 4 кратных токах КЗ предохранители отключатся гораздо позже максимально допустимых 5 секунд. Чтобы время отключения соответствовало нормативу, нужно чтобы кратность ПН2 составляла не менее 10, а ППНИ – 5·Iн

Таким образом видим, что при соблюдении положений пунктов ПТЭ ЭП, о кратности токов короткого замыкания, время автоматического отключения, согласно ПУЭ, соблюдается не всегда, а следовательно руководствоваться ими при проверке нельзя.

То есть нужно всякий раз, при проверке соответствия параметров петли фаза-нуль, по токам КЗ и время-токовым характеристикам определять время отключения. Это более затратная процедура, чем просто определить кратность к номиналу. К тому же марку и производителя предохранителей мы знаем не всегда, не говоря о наличии соответствующих ВТХ, но как говорится, это уже другой вопрос.

Главное, чтобы не началось возгорание до того, как сгорит вставка предохранителя.

Выбор плавкого предохранителя

Плавкий предохранитель – это элемент электрической цепи, разрывающий ее при превышении номинального тока. Он является первым электрозащитным устройством, изобретенным человеком и дожившим до наших дней.

В частных домах и квартирах старого фонда еще встречают предохранители типа «пробка». Простейшая пробка состоит из корпуса со вставленной в него фарфоровой трубкой, с контактами для подключения к электрической цепи. Внутри трубки, либо полой, любо заполненной кварцевым песком, установлена проволочка плавкого элемента. При коротком замыкании или перегрузке она плавится, разрывая электрическую цепь. Кварцевый песок применяют для скорейшего гашения дуги после плавления, увеличивая быстродействие предохранителя.

Существует модификация пробки, снабженная индикатором срабатывания. В этом случае в заполненной кварцевым песком полости рядом с плавким элементом установлена проволочка, удерживающая подпружиненный индикатор. При срабатывании пробки сгорают плавкий элемент и проволочка, индикатор под действием пружины выдавливается, сигнализируя об аварии. При большом количестве предохранителей это удобно, так как облегчается процесс поиска сработавшего защитного элемента.

Предохранители представляют единое целое с плавкой вставкой или состоят из корпуса с возможностью установки в него сменных плавких вставок. В последнем случае различают номинальный ток предохранителя и ток вставки. Для одного и того же корпуса выпускается линейка вставок с разными токами плавления. Неудобство в этом случае состоит в том, что без вскрытия корпуса невозможно определить, на какой ток рассчитан предохранитель. Достоинство же сменных вставок в удешевлении комплекта: замена вставки обходится дешевле. Кстати, первые пробки выполнялись монолитными, со временем стали выпускать конструкцию, описанную выше.

Плавкий предохранитель: характеристики срабатывания

Как и у пришедших на смену плавким вставкам автоматических выключателей, у предохранителей есть собственные характеристики срабатывания. Начиная с некоторого тока, превышающего уставку, срабатывание становится неизбежным. Чем больше ток превышает номинальный, тем быстрее расплавится вставка и произойдет отключение. Аналогично ведет себя тепловая защита автоматического выключателя.

При дальнейшем увеличении тока срабатывание предохранителя происходит практически мгновенно, что соответствует действию отсечки автоматических выключателей. Но у выключателей по сравнению с предохранителями есть преимущество: они многократного действия. Поэтому для защиты электропроводки в настоящее время применение автоматических выключателей является более целесообразным.

Есть преимущество и у плавких вставок: они имеют максимальное быстродействие. Особенно предохранители специальной конструкции, содержащие внутри пружину. При плавлении вставки она еще быстрее разрывает цепь. Для защиты полупроводниковой техники предохранители применяются до сих пор. Это относится и к электронной бытовой технике, и к промышленным устройствам: выпрямителям, частотным преобразователям.

Оцените качество статьи:

Плавкие предохранители серии НПН2 ТМ TEXENERGO

• Корпус наших предохранителей изготавливается из высокочастотной керамики. Это обеспечивает высокую разрывную способность предохранителей и делает их пригодными для использования в цепях с высокой силой тока и большим напряжением.


• В отличие от аналогичных предохранителей, со стеклянным корпусом, НПН2 производства ТМ TEXENERGO имеют высокую термическую стабильность, не взрывоопасны и применимы в условиях с более высокой температурой.

Назначение

Предохранители плавкие типа НПН2 предназначены для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических сетей трехфазного переменного тока с номинальным напряжением до 380В частоты 50 и 60Гц при перегрузках и коротких замыканиях.

Предохранители допускают работу в трехфазных сетях переменного тока с напряжением до 500В частоты 50 и 60Гц и в цепях постоянного тока напряжением до 220В.

Предохранители серии НПН2 в зависимости от типоисполнения состоят из плавкой вставки и контактов с комплектом крепежных деталей. Плавкий элемент предохранителя помещен в керамический корпус, заполненный кварцевым песком. При недопустимой перегрузке или коротком замыкании плавкий элемент расплавляется и размыкает электрическую цепь. Возникающая при этом электрическая дуга гаснет в наполнителе. Предохранители допускают присоединение к ним алюминиевых и медных проводников сечением от 0,75 до 25 мм².

Технические характеристики

Все изделия прошли сертификацию в авторитетных международных лабораториях и испытательных центрах:

| Характеристики элемента предохранителя

Определение предохранителей: Предохранители — это короткий кусок металла, вставленный в цепь, который плавится, когда через него протекает чрезмерный ток, и тем самым разрывает цепь.

Плавкий элемент обычно изготавливается из материалов с низкой температурой плавления, высокой проводимостью и минимальным износом из-за окисления, например, серебристая медь и т. Д. Он вставляется последовательно с защищаемой цепью.В нормальных условиях эксплуатации плавкий элемент имеет температуру ниже точки плавления. Следовательно, он пропускает нормальный ток без перегрева. Однако при коротком замыкании или перегрузке ток через предохранитель превышает номинальное значение. При этом повышается температура, и плавкий элемент плавится (или перегорает), размыкая защищаемую им цепь. Таким образом, предохранитель защищает машины и оборудование от повреждений из-за чрезмерных токов.

Время, необходимое для перегорания предохранителя, зависит от величины чрезмерного тока.Чем больше ток, тем меньше времени требуется предохранителю, чтобы перегореть. Другими словами, предохранитель имеет обратнозависимые время-токовые характеристики, как показано на рис. 20.1. Такая характеристика позволяет использовать его для защиты от сверхтоков.

• Это самая дешевая из имеющихся форм защиты.
• Не требует обслуживания.
• Его работа по своей сути полностью автоматическая, в отличие от выключателя, который требует сложного оборудования для автоматического срабатывания.
• Он может отключать большие токи короткого замыкания без шума и дыма.
• Плавкий элемент меньшего размера создает эффект ограничения тока в условиях короткого замыкания.
• Обратнозависимая время-токовая характеристика определения предохранителей делает его пригодным для защиты от перегрузки по току.
• Минимальное время срабатывания можно сделать намного короче, чем у автоматических выключателей.

• Значительные потери времени при повторном подключении или замене предохранителя после работы.
• При сильных коротких замыканиях селективность между плавкими предохранителями, включенными последовательно, не может быть достигнута, если нет достаточной разницы в размерах, указанных в определении предохранителей.
• Токовые характеристики предохранителя не всегда могут быть связаны с характеристикой защищаемого устройства.

Предохранитель предназначен для пропускания нормального тока без перегрева, но когда ток превышает свое нормальное значение, он быстро нагревается до точки плавления и отключает защищенную им цепь.Для того чтобы предохранитель мог удовлетворительно выполнять эту функцию, он должен иметь следующие желаемые характеристики:

1. низкая температура плавления, например, олово, свинец.
2. с высокой проводимостью, например, серебро, медь.
3. без повреждений в результате окисления, например, серебра
4. низкая стоимость напр., Свинец, олово, медь.

Из приведенного выше обсуждения видно, что ни один материал не обладает всеми характеристиками.Например, свинец имеет низкую температуру плавления, но имеет высокое удельное сопротивление и склонен к окислению. Точно так же медь имеет высокую проводимость и низкую стоимость, но быстро окисляется. Поэтому при выборе материала для определения предохранителей приходится идти на компромисс.

Наиболее часто используемые материалы для элемента плавкого предохранителя — это свинец, олово, медь, цинк и серебро. Для малых токов до 10 А для изготовления плавкого элемента используется олово или весь сплав свинца и олова (свинец 37%, олово 63%).Для больших токов используется медь или серебро. Обычно медь покрывают оловом для защиты от окисления. Цинк (только в форме ленты) хорош, если требуется определение предохранителей со значительным запаздыванием, то есть такое, которое не плавится очень быстро при небольшой перегрузке.

В настоящее время наблюдается тенденция к использованию серебра, несмотря на его высокую стоимость, по следующим причинам:

• Сравнительно не подвержен окислению.
• Не портится при использовании на сухом воздухе.
• Коэффициент расширения серебра настолько мал, что не возникает критической усталости. Следовательно, плавкий элемент может длительное время выдерживать номинальный ток.
• Электропроводность серебра очень высока. Следовательно, для данного номинала плавкого элемента требуется масса металлического серебра меньше, чем у других материалов. Это сводит к минимуму проблему очистки массы испаренного материала, высвободившегося при плавлении, и, таким образом, обеспечивает высокую скорость работы.
• Из-за сравнительно низкой удельной теплоемкости плавкие элементы из серебра могут нагреваться от нормальной температуры до испарения быстрее, чем другие плавкие элементы.Более того, сопротивление серебра резко возрастает по мере достижения температуры плавления, что делает переход от плавления к испарению почти мгновенным. Следовательно, работа становится намного быстрее при более высоком
• Серебро испаряется при температуре намного ниже той, при которой его пар легко испаряется. Следовательно, когда дуга образуется через испаренную часть элемента, путь дуги имеет высокое сопротивление. В результате ток короткого замыкания быстро прерывается.

При анализе предохранителей часто используются следующие термины:

• Номинальный ток элемента предохранителя: Это ток, который элемент предохранителя может нормально выдерживать без перегрева, или он зависит от повышения температуры контактов держателя предохранителя, материала предохранителя и окружающей среды, указанной в определении предохранителей.
• Ток предохранителя: Это минимальный ток, при котором плавкий элемент плавится и, таким образом, размыкает защищаемую им цепь.Очевидно, его значение будет больше, чем текущий номинал плавкого элемента.

Для круглой проволоки приблизительное соотношение между током плавления I и диаметром d проволоки составляет

, где k — постоянная величина, называемая константой предохранителя . Его значение зависит от металла, из которого изготовлен плавкий элемент. Сэр W.H. Прис нашла значение k для различных материалов, как указано в таблице ниже:

Ток предохранителя зависит от различных факторов, таких как:

1. материал плавкого элемента
2. длина — чем меньше длина, тем больше ток, потому что короткий предохранитель может легко отвести все тепло
3. диаметр
4. размер и расположение терминалов
5. предыдущая история
6. тип используемого корпуса

• Коэффициент предохранителя: Это отношение минимального тока предохранителя к номинальному току элемента предохранителя i.е.

Его значение всегда больше единицы. Чем меньше коэффициент плавления, тем труднее избежать износа из-за перегрева и окисления при номинальном токе передачи. Для полузамкнутых или повторно свариваемых предохранителей, в которых в качестве плавкого элемента используется медная проволока, коэффициент плавления обычно равен 2. Более низкие значения коэффициента плавления могут использоваться для картриджных предохранителей закрытого типа, в которых используются серебряные или биметаллические элементы.

• Предполагаемый ток: Рис.20.2 показано, как переменный ток ток отключен предохранителем. Ток короткого замыкания обычно имеет очень большой первый контур, но на самом деле он генерирует достаточно энергии, чтобы расплавить плавкий элемент задолго до достижения пика этого первого контура. Среднеквадратичное значение. значение тока первого контура повреждения известно как предполагаемый ток. Следовательно, предполагаемый ток можно определить как:

Это среднеквадратичное значение. значение первого контура тока короткого замыкания, полученное при замене предохранителя на обычный провод с ничтожно малым сопротивлением.

• Ток отключения: Это максимальное значение тока короткого замыкания, фактически достигаемое перед плавлением предохранителя.

При возникновении неисправности ток короткого замыкания имеет очень большую первую петлю из-за значительной степени асимметрии. Вырабатываемого тепла достаточно, чтобы расплавить плавкий элемент задолго до достижения пика первого контура (точка «а» на рис. 20.2). Ток, соответствующий точке «а», является током отключения. Значение отсечения зависит от

• Номинальный ток предохранителя
• стоимость перспективных текущих
• Несимметрия тока короткого замыкания

Здесь можно упомянуть, что выдающейся особенностью срабатывания предохранителя является размыкание цепи до того, как ток короткого замыкания достигнет своего первого пика.Это дает Fuses Definition большое преимущество перед автоматическим выключателем, поскольку наиболее серьезные тепловые и электромагнитные эффекты токов короткого замыкания (которые возникают при пиковом значении ожидаемого тока) не испытываются с предохранителями. Следовательно, цепи, защищенные плавкими предохранителями, могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать максимальный ток, равный значению отключения. Это соображение вместе с относительной дешевизной предохранителей позволяет значительно снизить затраты.

• Время до возникновения дуги: Это время между началом короткого замыкания и моментом отключения.

При возникновении неисправности ток короткого замыкания быстро возрастает и нагревает плавкий элемент. Когда ток короткого замыкания достигает значения отсечки, плавкий элемент плавится и зажигается дуга. Время от начала короткого замыкания до момента возникновения дуги называется временем до возникновения дуги. Время до возникновения дуги обычно невелико: типичное значение составляет 0,001 секунды

• Время возникновения дуги: Это время между окончанием времени до возникновения дуги и моментом, когда дуга гаснет.
• Общее время работы: Это сумма времени до дуги и времени дуги.

Можно отметить, что время срабатывания предохранителя обычно довольно низкое (скажем, 0,002 секунды) по сравнению с автоматическим выключателем (скажем, 0,2 секунды или около того). Это дополнительное преимущество предохранителя перед автоматическим выключателем. Плавкий предохранитель, включенный последовательно с автоматическим выключателем с малой отключающей способностью, является полезным и экономичным устройством для обеспечения адекватной защиты от короткого замыкания. Это происходит потому, что предохранитель перегорает при неисправности до того, как автоматический выключатель успевает сработать.

• Отключающая способность: Это среднеквадратичное значение. значение переменного тока составляющая максимального ожидаемого тока, с которым предохранитель может работать при номинальном рабочем напряжении.

Кривые характеристики времени и тока для выборочной координации

время-ток играют важную роль в достижении надлежащей координации защиты между устройствами электробезопасности. Узнайте больше, поскольку мы рассмотрим основы защиты энергосистемы, TCC для твердотельных и термомагнитных расцепителей, важность, процедуру и правила выборочной координации здесь.

Основная цель защиты энергосистемы — определить неисправность или любое ненормальное состояние, которое может привести к неисправности системы или вызвать полное отключение питания, и изолировать ее от исправной части.

Необходимы исследования для защиты критически важного оборудования энергосистемы.Селективная координация и координация защиты осуществляется с помощью кривых времени и тока (TCC). В этой статье обсуждается значение координации защиты по мощности и то, как временные токовые блоки используются для селективной координации.

При разработке схемы защиты энергосистемы инженер должен обратить внимание на следующие характеристики, чтобы наша система защиты обеспечивала оптимальную функциональность.

• Чувствительность: Защитное оборудование должно быть чувствительным при точном обнаружении всех видов неисправностей.
• Скорость: Скорость при отключении (отключение питания из здорового региона)
• Экономика: Дешевле.Стоимость не должна превышать 25% от общей стоимости.
• Простота: не должно делать систему в целом сложной
• Селективность: идентификация правильной неисправной детали, чтобы затронуть наименьшую часть. Например, в университете есть свой главный выключатель, и у каждого отдела есть свои собственные выключатели. Предположим, что если в отделе возникает неисправность, он не должен отключать главный выключатель университета, вместо этого должен отключиться главный выключатель этого отдела.

Интенсивность повреждения в энергосистемах пропорциональна величине тока. Желательно, чтобы по мере увеличения тока повреждения уменьшалось время устранения неисправности или FCT. Чтобы гарантировать, что все защитные устройства на входе и выходе согласованы, используется кривая зависимости тока от времени (I от t), также известная как TCC или временная кривая тока.

Ниже приведены характеристики TCC:

• В TCC ток указывается по оси x, а время — по оси y.
• TCC нанесен на логарифмическую шкалу, так что все значения тока и времени легко учесть. Например: в системе минимальная ошибка 100 A должна быть устранена в течение 10 с, а для системы с максимальной ошибкой 5000 A она должна быть устранена в течение 50 мс. Логарифмическая шкала в TCC гарантирует, что присутствуют как экстремальные значения тока, так и времени.
• Изгибы реле более резкие и тонкие, чем предохранители и автоматические выключатели, потому что реле используются только для определения неисправности и затем подачи сигнала отключения на выключатели.Обычно они используются в системах среднего и высокого напряжения. Ознакомьтесь с курсом «Основы защиты энергосистемы» , в котором мы кратко обсудили «Типы защитных реле и требования к конструкции».

Твердотельное отключение:

Ниже приведены некоторые ключевые моменты, которые отражены на приведенном выше графике.

• Долговременный номинальный ток в амперах : Это номинальный длительный ток, при котором выключатель не срабатывает.Например, автоматический выключатель рассчитан на 1000 А, а максимальный ток, который будет протекать через выключатель, составляет 800 А. Следовательно, длительная установка силы тока будет изменена на 800 А.
• Long Time Delay : Этот параметр относится к задержке из-за пускового тока трансформатора и пускового тока двигателя. Эта задержка дана в виде наклона.
• Кратковременный датчик: Это от 1,5 до 10 раз больше долговременного номинального тока. Настройка, при которой прерыватель имеет тенденцию срабатывать после некоторой задержки.
• Кратковременная задержка : Задержка, заданная из-за того, что нижестоящие устройства устранили неисправность, чтобы не было проблем с отключением, или после достижения задержки срабатывания выключателя. Доступны две настройки
• Мгновенное срабатывание : Используется, когда отключение требуется без какой-либо задержки. Его настройка может варьироваться от 2 до 40 раз от долговременного номинального тока.

Термомагнитный расцепитель:

Как видно на графике ниже, кривая прерывателя имеет большую толщину. Эта толщина на графике имеет собственное значение, которое описывается двумя терминами, известными как:

• Минимальное время отключения: Это время, в которое выключатель обнаруживает неисправность.
• Максимальное время отключения: Это время, в которое выключатель выдает сигнал отключения.

Термомагнитные выключатели имеют несколько иные графики характеристик, чем электронные (твердотельные) выключатели, так как у них всего две настройки:

• Отключение с задержкой: Это отключение вызвано перегрузкой по току тепловой частью выключателя.Биметаллическая полоса в выключателе нагревается высоким током, что приводит к разрыву контактов после задержки. По мере увеличения тока нагрев продолжается, и время отключения от сверхтока уменьшается.
• Мгновенное отключение: Нет преднамеренной задержки отключения. Магнитная часть выключателя определяет высокий ток перегрузки или короткое замыкание и выдает сигнал отключения.

Полная селективность означает, что защитные устройства минимизируют влияние короткого замыкания или другого нежелательного события на энергосистему.Предохранитель или автоматический выключатель, ближайший к месту повреждения, размыкается без размыкания предохранителя или автоматического выключателя, который его питает (со стороны входа). Таким образом, у вас не будет отключения электроэнергии, если где-то ниже по течению возникнет неисправность.

Согласно статье 100 NEC, выборочная координация определяется как:

“ Локализация состояния перегрузки по току для ограничения перебоев в цепи или затронутом оборудовании, достигается выбором устройств защиты от перегрузки по току и их номиналов или настроек .”

Чтобы понять, как согласованы защитные устройства, возьмем пример:

Рисунок 1: Неисправность ниже CB5

На приведенном выше рисунке показана неисправность, которая возникает под выключателем 5 (C. B-5). В этом случае C.B-5 должен иметь возможность устранить повреждение в кратчайшие сроки, и никакой другой выключатель (в данном случае C.B-2 и C.B-1) не должен отключиться в течение этого времени. В случае, если выключатель C.B-5 по какой-либо причине не устраняет неисправность, то C.B-2 устраняет ее после некоторой задержки, а если по какой-либо причине, C.B-2 не может устранить неисправность, тогда C.B-1 выдает отключение (что может быть наихудшим сценарием).

Защитные устройства должны срабатывать только при неисправностях, которые находятся в их «зоне защиты». Когда неисправность происходит в определенной зоне, устройство, предназначенное для ее защиты, улавливает ток и изолирует неисправность от остальной системы.

Однако, если отказ происходит вне зоны защиты устройства, то это устройство только обнаружит его, но не сработает.Следовательно, регулируя и перестраивая кривые тока времени защитных устройств таким образом, чтобы их уставки или кривые имели минимальное перекрытие или не перекрывались, можно добиться избирательной координации.

Достижение выборочной координации с использованием ETAP:

Например, показанная выше простая часть системы, для которой мы сначала получим кривые TCC, а затем настроим кривые, чтобы мы могли достичь координации между всеми устройствами защиты.

1. Выберите часть системы, для которой требуется получить TCC.Затем из показанной ниже панели модулей (Рис. 01) мы выберем Star Protective Protection Затем, как показано на Рис. 2, мы выберем Create Star View.

2. После щелчка на всплывающем экране появится указанный ниже график. Нижеприведенный график относится к CB 2, который закрашен красным. В данном случае это самый нижний прерыватель, поэтому согласно правилам он должен находиться в крайнем левом положении, потому что мы хотим, чтобы он сработал первым.
3. Поскольку CB-1 (заштриховано красным ниже) является вторым последним защитным устройством, его график должен быть справа от выключателя CB-2, потому что мы хотим, чтобы он сработал, если CB-1 не сработает или если неисправность возникает в свою зону. Эта ситуация показана на рисунке ниже.

Правила избирательности:

Корпус 1:

Использование настроек срабатывания срабатывания На рис. 2 показано, как кривые с разными значениями срабатывания могут быть избирательными, и показано первое правило селективности, а именно: два устройства являются избирательными, если кривая устройства ниже по потоку расположена слева от кривой устройства выше по потоку.Это может произойти только в том случае, если уставка срабатывания срабатывания последующего устройства установлена ​​на ток, который меньше, чем настройка срабатывания срабатывания вышестоящего устройства. Обратите внимание, что по соглашению для кривых тока с течением времени крайняя правая часть кривой заканчивается на максимальном токе короткого замыкания, который устройство будет ощущать в системе питания, к которой оно подключено. При увеличении настройки срабатывания срабатывания кривая смещается к правому краю графика. В этом примере для любого тока вплоть до максимального тока повреждения левой кривой кривая слева сработает раньше, чем кривая справа. Токи, превышающие максимальный ток левой кривой, физически невозможны и воспринимаются только устройством, представленным правой кривой.

Рис. 2 — Создание селективности правильным подбором настроек датчика.

Корпус 2:

Использование настроек задержки (рис. 3) показывает, как изменение временных задержек может обеспечить избирательность. Увеличение времени задержки сдвигает кривую на графике вверх. Обратите внимание, что для всех токов в пределах диапазона кривых кривая внизу сработает раньше, чем кривая над ней.Итак, второе правило селективности состоит в том, что нижестоящее устройство должно быть расположено на графике ниже, чем вышестоящее, чтобы два устройства работали избирательно.

Рис. 3 — Создание избирательности за счет правильного выбора настроек задержки.

Корпус 3:

Определить избирательность набора кривых время-ток довольно просто. Кривые должны совпадать слева направо или снизу вверх в последовательности от нагрузки к источнику. Кривые не должны перекрывать друг друга и не должны пересекать друг друга.Между кривыми должно быть достаточно места (подробнее об этом позже). Кривые также могут указывать на то, обеспечивают ли вышестоящие устройства резервную защиту. Это происходит, когда крайняя левая часть резервного устройства выходит за пределы диапазона токов предпочтительного устройства.

На рис. 4 устройства выстроены в соответствии с рекомендациями. Обратите внимание, что по мере того, как вы отслеживаете три уровня тока короткого замыкания во времени, устройство, ближайшее к нагрузке, сначала завершит свою задержку по времени и сработает раньше других выключателей.Если устройство, ближайшее к нагрузке, не сработает, следующее устройство в восходящем направлении отключится после указанной дополнительной временной задержки и раньше, чем другое оставшееся устройство.

Рис. 4 — Определение полной избирательности

На рис. 5 показан пример системы, которая не является избирательной на определенных текущих уровнях. Три места повреждения и соответствующие уровни тока показаны с помощью цветных символов и стрелок. Каждый показанный выключатель находится в распределительном щите или панели, которая может содержать другие фидеры или ответвления.Таким образом, срабатывание выключателя 1 или выключателя 2 изолирует гораздо больше, чем одиночная нагрузка, показанная на однолинейной схеме.

Начнем с замыкания, расположенного у зеленого креста, с током замыкания, обозначенным зеленой стрелкой. Место повреждения вызывает протекание тока через все три выключателя. Но величина тока достаточно высока, чтобы сработать только выключатели 1 и 3. Прерыватель 3 сработает первым и изолирует повреждение, поэтому система выглядит избирательной. Однако обратите внимание, что в ситуации резервного копирования сработает выключатель 1, а не выключатель 2, что приведет к отключению большей части энергосистемы, чем необходимо.

Рис. 5 — Пример неселективной системы

Повреждение, показанное синим крестиком, расположено на входной стороне выключателя 3, поэтому через этот выключатель не будет протекать ток. Автоматические выключатели 1 и 2 распознают эту неисправность. Из-за пересечения кривых выключателей 1 и 2 выключатель 1 сработает первым при этой неисправности, что нежелательно, поскольку это приведет к отключению большей части системы, чем необходимо.

Короткое замыкание, показанное желтым крестиком, имеет очень высокий ток, который регистрируется обоими выключателями 1 и 2.В этом случае текущий уровень достаточно высок, чтобы проходить через кривые, где выключатели 1 и 2 являются селективными, то есть справа от пересечения их кривых. Следовательно, мы можем видеть, что выключатель 2 обнаружит ток до выключателя 1 и сработает до него. Таким образом, в этом сценарии сохраняется избирательность.

Рисунок 4: TCC предохранителя

Каждый предохранитель представлен полосой: минимальная характеристика плавления (сплошная линия) и полная чистая характеристика (штриховая линия).Полоса между двумя линиями представляет собой допуск данного предохранителя в определенных условиях испытаний. При заданном перегрузке по току определенный предохранитель при тех же обстоятельствах сработает одновременно в пределах его временного диапазона. Кроме того, предохранители имеют обратнозависимую время-токовую характеристику, что означает, что чем больше перегрузка по току, тем быстрее они срабатывают.

Кривая повреждения кабеля показывает, какой ток может выдерживать кабель без повреждения изоляции и как долго он может выдерживать различные значения токов.

Рисунок 5: Типичная кривая повреждения кабеля

Ампер полной нагрузки: Это постоянный ток или номинальный ток, который будет протекать по кабелю, величина зависит от нагрузки, и кабель должен быть такого размера, чтобы он мог легко переносить этот ток.

Допустимая нагрузка кабеля: Также известная как допустимая нагрузка по току, это максимальный ток в амперах, который кабель может непрерывно переносить без повреждения его изоляции или без превышения его номинальной температуры.

Рисунок 6: Защита кабеля

В идеале мы хотим, чтобы наш автоматический выключатель отключал и изолировал входящие кабели до того, как они будут повреждены током короткого замыкания. Поэтому при рисовании TCC мы корректируем наши кривые выключателя слева от кривых повреждения кабеля. Это указывает на то, что прерыватель сработает до того, как ток короткого замыкания повредит какой-либо из кабелей.

Кабель, выбранный не в соответствии с уровнями тока неисправности системы, может быть легко поврежден, или кабель неправильного размера может также перегреться.Таким образом, выбор правильного размера и типа кабеля очень важен с точки зрения затрат на техническое обслуживание, безопасности и надежности.

Высокий пусковой ток, который трансформатор потребляет для возбуждения самого себя, называется пусковым током трансформатора. Отключение из-за пускового тока действительно является неприятностью, потому что мы хотим, чтобы трансформатор продолжал работать после этого, а не отключался.

Мы также можем нанести эту характеристику на TCC. В идеале автоматический выключатель должен располагаться справа и выше кривой броска тока трансформатора.Это указывает на то, что автоматический выключатель не сработает при пусковом токе. Если кривая выключателя находится слева от кривой броска тока, это будет указывать на ложное отключение.

Рисунок 7: Согласование с кривыми броска тока и повреждения трансформатора

Иногда в нашей системе возникают временные высокие токи или условия перегрузки, такие как пусковой ток трансформатора, пусковой ток двигателя, токи от моторных приводов или даже случайные скачки напряжения.Они сохраняются в течение короткого времени, в среднем около 10 мс для броска тока трансформатора и нескольких секунд для двигателей.

Однако недопустимо, чтобы наша система рассматривала их как неисправности. Отключение в этих условиях известно как ложное срабатывание, потому что эти условия часто возникают в энергосистемах, и мы не хотим, чтобы наша система срабатывала каждый раз, когда это происходит.

Руководство IEEE C57.109-1993 (R2008) рассматривает как тепловые, так и механические воздействия на внешний трансформатор в результате неисправности.

Способность трансформатора противостоять этим воздействиям показана на рисунке ниже.

Рисунок 8: Кривая тепловой мощности трансформатора

I2t (I = амперы, t = время) с единицей измерения Ампер в квадрате секунд (A2S) пропорционально увеличению тепловой энергии в проводнике в результате постоянного тока с течением времени. В трансформаторах значение I2t определяется, чтобы показать тепловые пределы их обмоток до того, как произойдет повреждение.

Кривые повреждения также известны как кривые устойчивости.Прерыватель должен быть согласован с кривой повреждения на TCC, чтобы он защищал устройство от токов, которые могут его повредить. Следовательно, кривая выключателя должна располагаться слева от кривой устойчивости и не перекрываться с ней, чтобы наш трансформатор был полностью защищен от всех значений токов, превышающих его номинальные характеристики повреждения.

• ---

  Об авторе

  Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием напряжением от 208 до 115 кВ как в коммунальных, так и в промышленных и коммерческих помещениях.Особое внимание он уделяет исследованиям в области защиты энергосистем и инженерии.

-Время-токовые характеристики предохранительного провода

Для достижения вышеуказанных критериев плавкие вставки должны иметь временные / токовые характеристики, близкие к кривым устойчивости соответствующей цепи, показанным на рисунке 1.18. Очевидно, что время срабатывания предохранителя всегда должно быть меньше при любом уровне тока, чем период, в течение которого связанная с ним цепь может выдержать условие очень важного фактора, который необходимо учитывать, заключается в том, что время срабатывания предохранителя включает в себя период горения дуги и изменение состояние возникает до того, как будет затронут клиренс.Как только возникла дуга, очевидно, что это невозможно

, чтобы элемент вернулся к своей исходной форме, и даже когда начинается плавление, основной результат искажается, и элемент может не вернуться к своей исходной форме при охлаждении. Фюзеляж с материалами с низкой температурой плавления на элементах, которые будут подвергаться приемлемым и необратимым изменениям, если сверхтоки проходят через них достаточно долго, чтобы инициировать процесс диффузии М-эффекта.

Это называется диапазоном ниже его время-токовых характеристик, в котором предохранитель по возможности не должен работать.хотя на практике маловероятно, что через плавкую вставку будет протекать большой ток в течение периода времени, меньшего, чем время ее работы, такая возможность, тем не менее, существует. если такое условие должно возникнуть, то вероятный результат, который необходимо принять, состоит в том, что предохранитель может сработать быстрее, чем ожидалось, в будущем.

Непременно возникнут трудности, если плавкая вставка будет пропускать ток чуть ниже минимального значения предохранителя в течение длительных периодов времени. Чтобы избежать этой ситуации, плавким вставкам назначается номинальный ток несколько ниже их минимальных уровней предохранителя.Отношение минимального тока предохранителя к номинальному значению, которое определяется как коэффициент предохранителя, обычно имеет значение в диапазоне от 1,2 до 2. Значение этого фактора состоит в том, что цепи должны иметь возможность непрерывно работать на уровнях, значительно превышающих ток. предохранителя, защищающего их, чтобы удовлетворить критерию 1 выше, а именно, что длительная номинальная мощность цепей должна превышать минимальный ток плавкого предохранителя. Эта ситуация возникает с другим защитным оборудованием, в котором используются текущие настройки, близкие к уровню полной нагрузки.Очевидно, что схемы и оборудование обычно не проектируются без некоторой перегрузочной способности, при обеспечении обычных факторов безопасности и не возникает трудностей при обеспечении адекватной защиты плавкими предохранителями. Очевидно, что относительно низкие коэффициенты плавления, тем не менее, желательны по экономическим причинам.

Еще один фактор, который необходимо учитывать, заключается в том, что не все плавкие вставки способны удовлетворительно работать на всех уровнях тока от максимальной отключающей способности до минимальных значений предохранителя.Удовлетворительное гашение дуги может не произойти при определенных уровнях тока, обычно чуть выше минимальных значений предохранителя. Следует позаботиться о том, чтобы пользователи использовались только в цепях, где токи этих уровней не встречаются, или если это не может быть гарантировано, необходимо предусмотреть другую схему защиты для размыкания цепи до того, как предохранитель попытается сработать. В США был введен термин «полный диапазон» для обозначения тех предохранителей, которые могут удовлетворительно отключать все уровни тока.

Техническая нота 10483 | Технология предохранителей

Текущие рейтинги

Номинальный ток предохранителя определяет его допустимую нагрузку по току на основе контролируемого набора условий испытаний. На каждом предохранителе указан его текущий номинал. Этот рейтинг может быть идентифицирован с помощью цифрового, буквенного или цветного кода. Коды маркировки можно найти в паспорте каждого продукта.

Нормальный рабочий ток

Нормальный рабочий ток цепи — это уровень потребляемого тока (в действующем значении или в амперах постоянного тока) после того, как на нее подано напряжение и она работает в нормальных условиях.Рабочий ток не более 80% от номинального рекомендуется для работы при 25 ° C, чтобы избежать нежелательных отверстий. Например, предохранитель с номинальным током 1 А обычно не рекомендуется в цепях с нормальным рабочим током более 800 мА. Дальнейшее снижение характеристик требуется при повышенных температурах окружающей среды.

Температура окружающей среды

Температура окружающей среды — это температура воздуха, непосредственно окружающего предохранитель, и не обязательно комнатной температуры.Все электрические характеристики предохранителя рассчитаны и подтверждены при температуре окружающей среды 25 ° C. Как более высокие, так и более низкие температуры окружающей среды будут влиять на характеристики размыкания предохранителя и токонесущие характеристики. Этот эффект демонстрируется кривыми температурного снижения характеристик.

Условия перегрузки и время открытия

Особое внимание следует уделять первым точкам срабатывания при перегрузке. Для предохранителей первая точка перегрузки обычно составляет от 200% до 300% номинального тока, при этом 400% обычно является первой точкой перегрузки для устройств защиты цепи.

Отключающая способность / отключающая способность

А должен обеспечивать размыкание цепи при коротком замыкании, не создавая опасности для окружающей среды. Отключающая способность или отключающая способность защитного устройства — это максимальный доступный ток при номинальном напряжении, который устройство может безопасно размыкать без разрыва. Отключающая способность или отключающая способность предохранителя должны быть равны или больше доступного тока короткого замыкания в цепи.

Плавильный интеграл

Интеграл плавления плавкого предохранителя, обычно обозначаемый как I2 t, — это тепловая энергия, необходимая для плавления определенного элемента плавкого предохранителя. Это значение будет зависеть от конструкции, материалов и площади поперечного сечения элемента предохранителя. Для каждой серии предохранителей и номиналов тока используются разные материалы и конфигурации элементов; поэтому необходимо определить значение I2t для каждого предохранителя. Испытания для определения I2 t предохранителя представляют собой номинальный ток с постоянной времени менее 50 микросекунд в испытательной цепи постоянного тока.Высокоскоростные осциллографы и интегральные программы используются для измерения очень точных значений I2 t. Данные I2 t изображены на графике зависимости времени от тока (Рисунок 1).

I2 t плавления предохранителя — это одно из значений, которое помогает разработчикам схем при выборе и правильном подборе предохранителя для конкретного применения. Это можно сравнить с тепловой энергией, создаваемой переходными импульсными токами в цепи.

Fuse Technology

Способность предохранителя выдерживать импульс перенапряжения, не вызывая термической нагрузки на плавкий элемент, что может привести к ложным отверстиям, может быть определена после расчета импульса I2t цепи.Разработчик схем должен правильно подобрать предохранитель, чтобы значение I2t плавления предохранителя было больше или равно импульсу I2t, умноженному на коэффициент импульса Fp (предохранитель I2t ≥ I2t импульс x Fp).

Коэффициент импульса зависит от конструкции плавкого элемента. На предохранительный элемент типа провод-в-воздухе (например, предохранители с наконечником, серии 6125 и 1025) будет влиять количество и частота импульсных перенапряжений, которым подвергается предохранитель в течение всего срока службы устройства. В этой конструкции используются металлы с низкой температурой плавления, нанесенные на основной материал элемента или нанесенные на него, чтобы вызвать эффект «М».Если предохранитель имеет неправильный размер, импульсные токи низкого уровня могут вызвать сплавление металлов с низкой температурой плавления с элементом без полного открытия элемента.

Серия импульсных токов в конечном итоге создаст достаточно тепла, чтобы сместить сопротивление или даже навсегда открыть предохранитель. Поэтому важно учитывать количество импульсных токов, которым будет подвергаться предохранитель.

Предохранители с твердой матрицей (например, предохранители размера 0603FA или 3216FF для поверхностного монтажа) в настоящее время не используют M-эффект для конструкции элемента.Только в этом случае на элемент будет воздействовать тепловая энергия каждого импульса, и он обычно не ухудшается из-за количества или частоты импульсов.

Таблица 1 может использоваться для определения коэффициента импульса (Fp). Например, импульсный ток с I2t, равным 0,0823, и импульсным коэффициентом Fp = 1,25 потребует выбора предохранителя, имеющего плавление I2t больше или равное 0,1029.

• Плавление предохранителя I2t ≥ I2t импульс x Fp
• Плавкий предохранитель I2t ≥ 0,0823 x 1,25
• Плавкий предохранитель I2t ≥ 0.1029

Важно отметить, что сравниваемые значения плавления I2t предохранителя и импульсного тока должны быть рассчитаны или испытаны в одних и тех же условиях испытаний; самое главное величина пикового тока должна быть одинаковой. Например, если пиковый ток импульса составляет 15 А, то плавление I2t предохранителя также должно быть рассчитано на 15 А, чтобы полностью понять его электрические характеристики при такой величине тока.

Защита от перегрузки по току, часть 1 — журнал IAEI

Эта статья предоставляет читателям важную информацию об основных принципах работы и основных время-токовых характеристиках низковольтных предохранителей и автоматических выключателей, рассчитанных на параллельную цепь.Эти устройства защиты от сверхтоков (OCPD) обычно используются в главных сетевых выключателях, фидерах и ответвленных цепях жилых, коммерческих, институциональных и промышленных электрических систем. Используются и другие OCPD, такие как реле и дополнительные OCPD, которые в данной статье напрямую не рассматриваются. Однако многие из этих представленных принципов применимы и к другим типам устройств. В этой статье объясняются основы, и, как вы могли догадаться, существуют конструкции предохранителей и автоматических выключателей, в которых принципы работы более сложны и могут отличаться от представленных.Однако перед бегом нужно пройтись. Часть II, которая будет в номере за май / июнь, будет охватывать важную информацию, касающуюся рейтингов OCPD, применения в проектах и ​​аспектов соответствия требованиям NEC.

Почему так важна максимальная токовая защита?

Рис. 1. Осциллографическое изображение неисправности

Автор вспоминает, как несколько лет назад он беседовал с известным отраслевым экспертом, который хорошо разбирается в Национальном электротехническом кодексе .Этот эксперт рассматривает заземление, соединение и защиту от перегрузки по току как два наиболее важных принципа защиты в Кодексе. Заземление и соединение важны по двум причинам: (1) неправильное заземление и соединение могут привести к гибели людей и создать опасность пожара и (2) надлежащее заземление и соединение помогают обеспечить срабатывание устройств защиты от перегрузки по току в разумные сроки, обеспечивая низкое сопротивление и эффективность. путь для тока короткого замыкания. Защита от сверхтоков важна для достижения общей цели электробезопасности.Если проектировщик, установщик, обслуживающий персонал или инспектор не получит должной защиты от перегрузки по току, может возникнуть угроза пожара и угроз личной безопасности из-за (1) длительного термического воспламенения материалов из-за неправильной защиты от перегрузки, (2) взрывного воспламенения и опасность вспышки из-за ненадлежащей защиты от короткого замыкания или (3) опасность взрыва и вспышки из-за ненадлежащих устройств защиты от перегрузки по току с номинальным напряжением или с ненадлежащим номиналом прерывания.

Рисунок 2. Пример ВАХ предохранителя

Правильный выбор устройств защиты от сверхтоков требует принятия многих решений, некоторые из которых являются обязательными, а некоторые — произвольными.Обязательные соображения включают соблюдение требований NEC и обеспечение применения OCPD в пределах их рейтингов и пределов их возможностей, что обычно подтверждается списком и маркировкой конкретных продуктовых стандартов [110.3 (A) (1)].

Тип Максимальный ток

предназначены для защиты от воздействия потенциально опасных сверхтоков. Перегрузка по току — это либо ток перегрузки, либо ток короткого замыкания, который часто называют током повреждения.Ток перегрузки — это чрезмерный ток по сравнению с нормальным рабочим током, но он ограничен нормальным токопроводящим путем, обеспечиваемым проводниками и другими компонентами и нагрузками распределительной системы. Как следует из названия, ток короткого замыкания — это ток, который течет за пределы нормального проводящего пути. В статье 100 есть определения сверхтока и перегрузки. Один из важных принципов защиты от перегрузки по току, который обычно остается верным, заключается в том, что чем выше величина перегрузки по току, тем быстрее должно прерываться перегрузка по току.

Перегрузки

Рисунок 3. Пример минимального плавления предохранителя и общей прозрачной полосы

Чаще всего перегрузки бывают от одного до шести раз превышающего нормальный уровень тока. Чаще всего они вызваны безопасными временными импульсными токами, которые возникают при запуске двигателей или подаче напряжения на трансформаторы. Вредные длительные перегрузки могут быть результатом неисправных двигателей (например, изношенных подшипников двигателя), перегрузки оборудования или слишком большого количества нагрузок в одной цепи. Такие устойчивые перегрузки являются разрушительными и должны быть отключены с помощью защитных устройств, прежде чем они повредят систему распределения или нагрузку системы.Однако, поскольку они имеют относительно низкую величину, снятие тока перегрузки в течение от нескольких секунд до многих минут обычно предотвращает повреждение цепи или оборудования. Длительный ток перегрузки приводит к перегреву проводов и других компонентов и вызывает ухудшение изоляции, что в конечном итоге может привести к серьезным повреждениям и коротким замыканиям, если их не прервать.

Токи короткого замыкания или замыкания на землю

В то время как токи перегрузки возникают на довольно скромных уровнях, токи короткого замыкания или замыкания на землю возникают в широком диапазоне значений тока.Например, короткое замыкание может быть замыканием на землю более низкого уровня (замыкание на землю с высоким импедансом между фазой и землей), замыканием на землю высокого уровня (замыкание на землю с низким импедансом между фазой и землей), замыканием на высокий уровень трехфазного замыкания с болтовым соединением ( короткое замыкание с низким импедансом между всеми тремя фазами) или трехфазное дуговое замыкание от умеренного до высокого уровня (короткое замыкание со средним или низким импедансом через воздух между всеми тремя фазами). Поскольку нагрузка отключена от цепи, полное сопротивление цепи резко снижается. Поскольку I (ток) = E (напряжение), деленное на Z (импеданс), результирующее более низкое сопротивление вызывает немедленное увеличение тока (см. Рисунок 1).Токи повреждения могут во много сотен раз превышать нормальный рабочий ток. Ошибка высокого уровня может быть 50 000 А (или больше). Если его не отключить в течение нескольких тысячных секунды, разрушение и разрушение могут стать безудержными; может произойти серьезное повреждение изоляции, оплавление проводов, испарение металла, ионизация газов, искрение и возгорание. В то же время токи короткого замыкания высокого уровня могут создавать огромные напряжения магнитного поля. Магнитные силы между шинами и другими проводниками могут составлять многие сотни фунтов на погонный фут; даже сильные распорки могут оказаться недостаточными для предотвращения их деформации или деформации, не подлежащей ремонту.Примерно за последние 10 лет промышленность начала осознавать серьезную опасность вспышки и опасность взрыва для персонала из-за тока дугового замыкания.

Время-токовые характеристики

Рис. 4. Типичный двухэлементный предохранитель с выдержкой времени на 100 А, 600 В, класс RK1

Если вы разбираетесь в физических свойствах и принципах работы устройств, вы можете лучше запоминать информацию и понимать причины конкретных требований. Ниже приводится краткая упрощенная версия.Существует много типов автоматических выключателей и предохранителей, но все они основаны на общих основных принципах.

Рисунок 5. Перегрузка

Давайте начнем с принципа, согласно которому OCPD предназначены для непрерывного проведения тока нагрузки, и в случае перегрузки по току их цель — вовремя размыкаться, чтобы предотвратить серьезное повреждение компонентов схемы. Это требование при возникновении неисправности в Разделе 110.10. Допустимая скорость срабатывания устройства защиты от перегрузки по току может варьироваться в зависимости от величины перегрузки по току.Если перегрузка по току представляет собой небольшую перегрузку, можно позволить току течь в течение многих минут. Фактически, некоторые компоненты схемы, такие как двигатели, первичная обмотка трансформаторов и конденсаторы, имеют безвредный высокий пусковой или возбуждающий пусковой ток, который может быть во много раз больше, чем нормальный ток полной нагрузки. Таким образом, применение OCPD в этих цепях требует, чтобы OCPD допускал преднамеренные токи перегрузки в течение определенного периода времени без размыкания. Если перегрузка по току является неисправной цепью, желательно быстрое реагирование OCPD, чтобы минимизировать повреждение компонентов цепи или оборудования.Примеры на рисунках 2 и 3 иллюстрируют время-токовые характеристики OCPD посредством принципиальной схемы с показаниями амперметра и временем открытия OCPD для различных сверхтоков. Для более высоких уровней перегрузки по току OCPD работает быстрее. Кроме того, этот пример показывает, что характеристики OCPD могут быть представлены кривыми время-ток. См. Рисунки 2 и 3, и для значений сверхтоков, изображенных на рисунке 2, определите время размыкания по кривой на рисунке 3. На кривой время-ток по горизонтальной оси отложена величина тока в амперах, а по вертикальной оси — время в секундах. .Примечание: как текущая ось, так и временная ось имеют логарифмическую шкалу, которая является типичным представлением время-токовых характеристик OCPD. Время-токовая характеристика предохранителя правильно представлена ​​полосой допуска с минимальной кривой плавления в качестве границы слева и полной сплошной кривой в качестве границы справа. Таким образом, для данного значения максимального тока время срабатывания предохранителя представлено диапазоном. Например, на рисунке 2, пример с перегрузкой по току 500 А, предохранитель сработает где-то между 10 и 17 секундами (см. Рисунок 3).Большинство производителей предохранителей предоставляют минимальные кривые плавления и общие четкие кривые плавких предохранителей на отдельных страницах. Для простоты некоторым пользователям просто нужен предохранитель, представленный однолинейной кривой, а не полосой, поэтому производители могут также представлять предохранители через среднюю кривую плавления. Если наложить среднюю кривую плавления, то она будет находиться между кривыми минимального плавления и полными четкими кривыми.

Срабатывание предохранителя

Рисунок 6. Во время короткого замыкания

Предохранитель работает по основным тепловым принципам.Поскольку ток течет через предохранитель, сопротивление элемента предохранителя создает тепло. Если ток ниже номинала предохранителя, предохранитель будет постоянно пропускать ток (в зависимости от номинала согласно NEC). В этом случае предохранитель работает в термически стабильном состоянии, и внутренняя температура не достигает точки, при которой предохранитель срабатывает. Тепловая энергия, создаваемая током, протекающим через плавкий элемент, рассеивается в окружающую среду. В условиях перегрузки по току внутренняя температура предохранителя повышается; рассеивание тепловой энергии меньше, чем создаваемая тепловая энергия.Откроется ли предохранитель или как быстро он откроется, зависит от величины перегрузки по току и продолжительности состояния перегрузки по току. Ниже приводится серия иллюстраций, поясняющих, как работают предохранители. Показан двухэлементный предохранитель с выдержкой времени. Есть и другие типовые конструкции, но принципы аналогичны. На Рисунке 4 показан типичный двухэлементный предохранитель с выдержкой времени 100 А, 600 В, класса RK1, который имеет отключающую способность 300 000 А. Художественная свобода проиллюстрировала внутреннюю часть этого предохранителя.Настоящий предохранитель имеет непрозрачную трубку и специальный мелкозернистый материал для гашения дуги, полностью заполняющий внутреннее пространство (см. Рисунок 4).

Рисунок 7. После пропадания тока короткого замыкания

На рис. 5 показано, как двухэлементный предохранитель работает в диапазоне перегрузки. В условиях длительной перегрузки пружина спускового крючка разрушает калиброванный плавкий сплав и освобождает «соединитель». На вставках представлена ​​модель элемента перегрузки до и после.Калиброванный плавкий сплав, соединяющий элемент короткого замыкания с элементом защиты от перегрузки, разрушается при определенной температуре из-за постоянного тока перегрузки. Витая пружина отталкивает соединитель от закорачивающего элемента, и электрическая цепь прерывается.

Рисунок 8. Пример ограничения тока повреждения

На рисунках 6 и 7 показано срабатывание предохранителя в диапазоне токов короткого замыкания. Ток короткого замыкания вызывает испарение ограниченных частей элемента короткого замыкания, и возникает дуга (рисунок 6: дуга изображена в виде анимации).Дуги сжигают элемент в точках образования дуги. В результате возникают более длинные дуги, которые помогают снизить ток. Кроме того, специальный присадочный материал для гашения дуги способствует гашению дугового тока. Время срабатывания предохранителя в условиях тока короткого замыкания — это время, необходимое для расплавления или испарения ограниченных участков плавкого элемента, плюс время горения дуги. Время плавления или испарения зависит от конструкции предохранителя и величины тока. Время от момента плавления или испарения плавкого элемента до прекращения подачи тока довольно велико.Обычно это время составляет долю полупериода. Для токоограничивающих предохранителей в их токоограничивающем диапазоне общее время отключения составляет ½ цикла или меньше (плавление плюс отключение).

Рис. 9. Показаны различные кривые характеристик предохранителей

Особый мелкозернистый материал для гашения дуги играет важную роль в процессе прерывания. На рис. 7 показана фактическая фотография внутреннего предохранителя после устранения неисправности. Наполнитель способствует гашению дуги; наполнитель поглощает тепловую энергию дуги, склеивается и создает изолирующий барьер.Этот процесс помогает обнулить ток. Именно весь этот процесс позволяет предохранителям ограничивать ток. Что это значит? Когда ток короткого замыкания находится в пределах диапазона ограничения тока предохранителя, предохранитель отключает ток до того, как он достигнет своего первого пикового значения тока, испаряя ограниченные части плавкого элемента. Затем ток принудительно обнуляется с помощью процесса искрения и гашения дуги наполнителем до первого ½ цикла тока короткого замыкания. Ограничение тока значительно снижает энергию, выделяемую в цепи (см. Рисунок 8).

Процесс прерывания критичен для предохранителя. Для обеспечения достаточного номинального напряжения и отключающей способности предохранитель должен быть правильно спроектирован. Решающее значение для достижения определенного номинального напряжения имеет количество последовательно соединенных участков с ограничением или перемычек. Для предохранителя, показанного в этом примере, есть пять ограниченных частей, соединенных последовательно, и этот предохранитель рассчитан на 600 В переменного тока. Если бы этот предохранитель был неправильно вставлен в цепь 1500 В и предохранитель попытался бы прервать работу, искрение на ограниченных участках, вероятно, продолжалось бы до тех пор, пока не высвободилось бы столько энергии, что предохранитель мог бы сильно взорваться.Для этого предохранителя на 600 В нет достаточного количества последовательно соединенных участков, чтобы отключить 1500 В. Точно так же, когда предохранитель пытается прервать сильные токи короткого замыкания, предохранитель должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать огромное давление, создаваемое внутри корпуса предохранителя в результате срабатывания предохранителя. быстрое испарение и искрение части плавкого элемента. Если предохранитель пытается прервать ток короткого замыкания, превышающий его номинальное значение отключения, предохранитель может сильно взорваться. Раздел 110.9 требует, чтобы доступный ток короткого замыкания на линейных выводах не превышал номинальных характеристик отключения предохранителя или автоматического выключателя.Это вопрос безопасности.

Рисунок 10. Рабочие функции выключателя

За прошедшие годы появилось несколько различных типов предохранителей, каждый из которых имеет разные время-токовые характеристики и разные степени ограничения тока в условиях короткого замыкания. Например, есть предохранители без выдержки времени (для неиндуктивных нагрузок), предохранители с выдержкой времени (для нагрузок двигателя и теперь используются для большинства приложений общего назначения и даже для статических нагрузок), быстродействующие предохранители (часто называемые полупроводниковыми. предохранители, используемые для защиты силовой электроники).На рисунке 9 показана кривая минимального времени плавления и тока для трех типов предохранителей на 100 А, 600 В:

1. Плавкий предохранитель
2. Предохранитель с выдержкой времени, класс J
3. Предохранитель с выдержкой времени, класс RK5

Срабатывание выключателя

Автоматические выключатели — это устройства механической защиты от сверхтоков. Все автоматические выключатели имеют три общие рабочие функции:

1. Средства измерения тока:
   A. Тепловой
   B. Магнитный
   C. Электронный
2. Механизм разблокировки: механический
3. Средство прерывания тока / напряжения (оба)
   A.Контактный разъем: механический
   B. Дуговые камеры

Цепочка событий для прерывания перегрузки по току существенно отличается от таковой для предохранителя. Сначала автоматический выключатель определяет перегрузку по току. Если перегрузка по току сохраняется слишком долго, средство обнаружения вызывает или сигнализирует о разблокировке контактного механизма. Функция разблокировки позволяет механизму начать разъединение контактов. Когда контакты начинают разъединяться, ток протягивается по воздуху, и между контактами возникает электрическая дуга.Чем дальше разделяются контакты, тем длиннее дуга, что помогает прервать перегрузку по току. Однако в большинстве случаев, особенно для тока короткого замыкания, одних контактов недостаточно для прерывания. Дуга попадает в дугогасительные камеры, которые способствуют растяжению и охлаждению дуги, чтобы можно было прервать ее. На рисунке 10 показана упрощенная модель с тремя рабочими функциями, показанными для термомагнитного выключателя, который является наиболее часто используемым автоматическим выключателем. Также следует отметить, что существуют различные конструкции контактных механизмов, которые могут существенно повлиять на процесс прерывания.

Срабатывание выключателя при перегрузке

На рисунках 11A и 11B показано срабатывание выключателя при обнаружении термическим биметаллическим элементом постоянной перегрузки. Биметаллический элемент определяет условия перегрузки аналогично датчику биметаллического термостата HVAC. В некоторых автоматических выключателях функция определения перегрузки выполняется электронными средствами. В любом случае процесс разблокировки и прерывания такой же, как показано на рисунках 11A и 11B. На рис. 11А показано, что при сохранении перегрузки биметаллический чувствительный элемент изгибается.Если перегрузка сохраняется слишком долго, сила, прикладываемая биметаллическим датчиком к переключающей планке, становится достаточной для разблокировки автоматического выключателя. На рис. 11В показано, что, как только автоматический выключатель разблокирован, он готовится к размыканию. Подпружиненные контакты разъединяются, и перегрузка снимается. При размыкании контактов может возникнуть дуга, но она не так заметна, как при прерывании тока короткого замыкания.

Рисунок 11а. Автоматический выключатель обнаруживает перегрузку и отключает защелку

Рисунок 11b.Контакты выключателя размыкаются и размыкаются перегрузка

Срабатывание мгновенного отключения автоматического выключателя

На рисунках 12A, 12B и 12C показано мгновенное отключение автоматического выключателя из-за тока короткого замыкания. Магнитный элемент определяет условия перегрузки по току более высокого уровня. Этот элемент часто называют мгновенным отключением, что означает отключение автоматического выключателя без намеренной задержки. В некоторых автоматических выключателях функция мгновенного отключения выполняется электронными средствами.В любом случае процесс разблокировки и прерывания такой же, как показано на рисунках 12B и 12C.

Рисунок 12а. Обнаружение и разблокировка мгновенного отключения автоматического выключателя

Рисунок 12b. Автоматический выключатель контакты части и дуги

Рисунок 12c. Контакты выключателя разомкнуты и неисправность сброшена

На рисунке 12A показана работа в условиях короткого замыкания. Высокая скорость изменения тока заставляет тягу срабатывания тянуть к магнитному элементу.Если ток короткого замыкания достаточно высок, сильная сила заставляет переключающую планку прикладывать достаточное усилие, чтобы разблокировать автоматический выключатель. Это быстрое событие, называемое мгновенным отключением.

На рисунке 12B показано, что после снятия фиксации контакты могут начать размыкаться. Важно понимать, что если автоматический выключатель разблокирован, он предназначен для размыкания; однако прерывание тока не начинается до тех пор, пока контакты не начнут разъединяться. Когда контакты начинают разъединяться, ток продолжает течь через воздух (ток дуги) между неподвижным контактом и подвижным контактом.В какой-то момент дуга переходит в дугогасительные камеры, которые растягивают и охлаждают дугу. Скорость размыкания контактов зависит от конструкции выключателя. Общее время прерывания тока для мгновенного отключения автоматического выключателя зависит от конкретной конструкции и состояния механизмов. Автоматические выключатели на меньший ток могут сработать за от ½ до 1 цикла. Автоматические выключатели с большим номинальным током могут отключаться в диапазоне от 1 до 3 циклов в зависимости от конструкции. Автоматические выключатели, указанные в списке и помеченные как токоограничивающие, могут отключиться за ½ цикла или меньше, когда ток короткого замыкания находится в пределах токоограничивающего диапазона автоматического выключателя.

С помощью дугогасительных камер ток прерывается, когда ток приближается к нулю при нормальном прохождении переменного тока и контакты проходят достаточное расстояние (см. Рисунок 12C). Во время процесса прерывания тока на пути размыкания контактов и дугогасительных камерах может выделяться огромное количество энергии. Автоматические выключатели рассчитаны на определенные отключающие характеристики при определенных номинальных напряжениях. Например, автоматический выключатель может иметь отключающую способность 14000 А при 480 В переменного тока и 25000 А при 240 В переменного тока.Если автоматический выключатель неправильно установлен из-за его установки в цепи с доступным током короткого замыкания, превышающим номинальное значение отключения автоматического выключателя, автоматический выключатель может сильно разорваться при попытке прерывания.

Типовая диаграмма зависимости тока от автоматического выключателя

Рисунок 13. Время-токовая характеристика автоматического выключателя в литом корпусе на 400 А

Кривые автоматического выключателя представлены в различных форматах как время-токовые кривые. На рисунке 13 показана кривая автоматического выключателя в литом корпусе на 400 А.Это более старое представление кривой время-ток автоматического выключателя, и в последнее время автор не видел кривых, опубликованных с такими подробностями. Новые кривые не предоставляют время разблокировки или кривую разблокировки для мгновенного отключения. Однако этот формат кривой хорош для изучения того, как работает автоматический выключатель. Как только вы поймете, что существует кривая расцепления, вы можете интерпретировать современные кривые для проведения оценок, если это необходимо.

Заштрихованная часть «Работа от перегрузки» представляет характеристики защиты от перегрузки с биметаллическим элементом, как показано на рисунках 11A и 11B.Обратите внимание, что изображение — это полоса допуска, а не кривая. Это похоже на диапазон допуска предохранителя. Если перегрузка сохраняется достаточно долго, автоматический выключатель должен отключиться в какой-то момент в пределах диапазона «Работа при перегрузке». Например, ожидается, что ток перегрузки 1000 А будет прерван между 70 и 300 секундами (см. Рисунок 13).

Рисунок 14. Автоматический выключатель с защитой от перегрузки и настройкой кратковременной задержки

Заштрихованная часть «Мгновенное отключение» представляет характеристики защиты от короткого замыкания с помощью магнитного элемента, как показано на рисунках 12A, 12B и 12C.Полоса для определенного уровня тока представляет время разблокировки, разъединения контактов и гашения тока / дуги. Среднее время разблокировки для функции мгновенного отключения показано диагональной линией; это соответствует разблокировке, показанной на рисунке 12A. После разблокировки автоматического выключателя необходимо разъединить его контакты и погасить дугу; это соответствует рисункам 12B и 12C. Например, на этой кривой автоматического выключателя на 400 А ток короткого замыкания 10000 А отключит автоматический выключатель в 0.0025 секунд. Затем контакты размыкаются и ток гаснет в течение 0,028 секунды (примерно 1½ цикла). Примечание: на рисунке 13 показаны характеристики от 0,001 до 0,01 секунды, чтобы проиллюстрировать характеристики отключения автоматического выключателя. Большинство кривых предохранителей и автоматических выключателей показывают характеристики от 0,01 секунды и выше.

Рис. 15. Автоматический выключатель с защитой от перегрузки, кратковременной задержкой и блокировкой мгновенного отключения

Существует множество типов автоматических выключателей для различных областей применения.Например, есть автоматические выключатели мгновенного срабатывания, предназначенные для защиты от короткого замыкания в параллельной цепи двигателя. Существуют автоматические выключатели с настройкой кратковременной задержки, которые используются либо вместо элемента мгновенного отключения (см. Рисунок 14), либо в сочетании с блокировкой мгновенного отключения (см. Рисунок 15).

Заключение и часть II

Информация в этой части I «Основы защиты от сверхтоков» дает понимание того, как работают предохранители и автоматические выключатели, а также основы считывания кривых время-ток.В следующем выпуске «Основы защиты от сверхтоков», часть II, мы используем этот материал, чтобы рассмотреть важные характеристики предохранителей и автоматических выключателей, а также другие ключевые важные критерии, которые закладывают основу для лучшего понимания защиты от сверхтоков и соответствия нормам.

Время-токовые кривые для предохранителей — Специальные системы управления