Максимальная токовая защита это: принцип действия, виды, примеры схем

принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

• отсечка;
• дифференциально-фазная;
• высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

МТЗ используют:

• с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
• для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
• для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
• в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

I_с.з. > I_{н. макс.},

где I_с.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а I_{н. макс.} – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

I_вз = k_н.×k_з.×I_{раб. макс.}

Здесь I_вз– ток возврата, k_н. – коэффициент надёжности,  k_з – коэффициент самозапуска, I_{раб. макс.} – величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

k_в = I_вз / I_с.з.  с учётом которого I_с.з. = k_н.×k_з.×I_{раб. макс.}  / k_в

В идеальном случае k_в = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать k_в в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: t_сз = A / (kⁿ — 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = I_раб  / I_ср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

• сравнительно низкая чувствительность;
• недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

• KA — реле тока;
• KT — реле времени;
• KL — промежуточное реле;
• KH — указательное реле;
• YAT — катушка отключения;
• SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
• TA — трансформатор тока.

Видео в дополнение темы

Принцип действие МТЗ: разновидности максимально-токовых защит

Содержание

• 1 Принцип действия
• 2 Отличия от токовой отсечки
• 3 Разновидности максимально-токовых защит
  • 3. 1 МТЗ с независимой от тока выдержкой времени
  • 3.2 МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени
  • 3.3 МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени
  • 3.4 МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения
• 4 Задание уставок
• 5 Реализация
• 6 Схемы защиты МТЗ
  • 6.1 Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
  • 6.2 Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
  • 6.3 Двухрелейная схема
  • 6.4 Одно-релейная схема МТЗ
• 7 Выбор тока срабатывания защиты МТЗ
• 8 Чувствительность защиты МТЗ
• 9 Выдержка времени защиты МТЗ
• 10 Выбор времени действия защит МТЗ
• 11 Примеры и описание схем МТЗ
  • 11.1 Однорелейная на оперативном токе
  • 11.2 Двухрелейная на оперативном токе
  • 11.3 Трехрелейная
• 12 Видео

МТЗ (расшифровка – максимальная токовая защита) – распространенная техника предохранения электросетей от последствий краткосрочных перегрузок и замыканий. Она может быть задействована в разветвленных сетях, асинхронных двигателях. Электрику нужно знать особенности механизма и его отличия от других предохранительных методов.

Реле времени

Принцип действия

МТЗ – это разновидность защитного механизма электросети с использованием реле, применяемая при угрозе короткого замыкания на некотором отрезке электроцепи.

Принцип действия максимальной токовой защиты достаточно схож с таковым у механизма отсечки. Если при использовании последней ток вырубается сразу же, то при применении МТЗ выключение происходит по истечении некоторого временного отрезка. Он называется выдержкой времени. То, какое значение он примет, определяется близостью места, где происходит инцидент, к поставщику питания. Чем дальше располагается отрезок, тем меньше число. Значение, на которое показатель близлежащего участка отличается от такового для удаленного (ступень селективности), описывает период, по истечении которого защита включается на ближнем участке (отключая и дальний), если она не активизировалась на дальнем, на котором случился инцидент КЗ.

Важно! Показатель ступени надо делать небольшим, чтобы система успела включиться до причинения инцидентом серьезных повреждений электросети.

Отличия от токовой отсечки

Инверторный генератор или обычный: что лучше

В МТЗ используются реле времени, позволяющие игнорировать скачки напряжения, что невозможно при отсечке (которая срабатывает не только при эпизоде короткого замыкания, но и при повышении тока любой другой природы и продолжительности). Кроме того, использование механизма отсечки требует задействования оператора для возобновления нормального функционирования системы. Реле сами приходят в первоначальное состояние, когда причина размыкания будет ликвидирована.

Разновидности максимально-токовых защит

Кабель ААШВ

Ориентируясь на условия работы в конкретной электросети, можно выбрать один из четырех типов системы.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

Параметр задержки здесь неизменен, период активации зависит только от ступени селективности: на каждом последующем отрезке время увеличивается на эту величину.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

Используется расчет выдержки по нелинейной формуле. Параметр зависит от величины тока на обмотках. Используется в системах, где предохранение от избыточных нагрузок имеет особенную значимость для безопасности.

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

Здесь совмещены две компоненты: не зависящая от тока часть и зависящая, причем у последней время-токовая характеристика имеет вид гиперболы. Чем больше перегрузка, тем более пологий вид имеет графическое представление. Такая установка используется в высокомощных электромоторах.

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

Здесь инициатором размыкания контактов становится разность потенциалов. Уставка привязывается к падению напряжения ниже определенной границы.

Задание уставок

Cила тока: формула

Защита МТЗ определяется тем, насколько правильно выбрана уставка – величина тока, при достижении которой включается функция. При определении ее значения учитывают назначение сети (например, при самостоятельном запуске электродвигателя после временного выключения питания показатель может превышать номинальный, тогда МТЗ не должна выключать его) и минимальный ток замыкания в ней. При зависимой (полностью или ограниченно) время-токовой характеристике ориентируются на значение, когда реле перегрузки вот-вот сработает, а время задают, ориентируясь на независимую часть.

Важно! Иногда блокировка в защитной системе ставится с ориентацией на напряжение, тогда параметром срабатывания, задаваемым в качестве уставки, становится оно.

Реализация

В основном, систему реализуют с применением устройств, совмещающих функции пуска и задержки времени, либо с помощью сочетания нескольких разных реле, каждое из которых выполняет одну из этих функций. Сейчас все чаще применяются микропроцессоры, реализующие, помимо обозреваемого, еще ряд процессов релейной защиты.

Схемы защиты МТЗ

Применяется несколько вариантов конструкций, различающихся устройством.

Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Трехфазная конструкция

В главный блок входят два реле: времени и пуска. Используются также указательное реле и еще одно добавочное, ставящееся тогда, когда временное реле неспособно замкнуть цепочку катушки выключения.

Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Они применяются, когда нужно, чтобы система включалась лишь при замыкании между фазами. Существуют схемы с одиночным реле и с парой.

Двухрелейная схема

Ее плюс – реагирование на любые межфазовые замыкания. Минус – меньшая восприимчивость при двухфазных замыканиях за трансформатором. Повысить ее вдвое можно, поставив третье реле. Схема в основном используется для конструкций с изолированной нейтралью – случающиеся в них замыкания происходят только между фазами. Возможно применение при глухом заземлении, но тогда для предотвращения однофазного замыкания ставится добавочная конструкция, срабатывающая при токе нулевой последовательности.

Одно-релейная схема МТЗ

Плюс схемы – легкость конструирования. Минусы – наименее высокая чувствительность, несрабатывание при некоторых типах замыканий с двумя фазами.

Выбор тока срабатывания защиты МТЗ

Выбор осуществляется с расчетом, чтобы установка уверенно срабатывала при повреждающих воздействиях, но не проявляла активности при недолгих толчках (к примеру, когда запускается электродвигатель) или высоком токе нагрузки. Дифференциация последнего от ситуации, когда должна активизироваться защита, является основной задачей. Также установка не должна быть излишне восприимчивой, иначе цепь будет отключаться, когда это не нужно.

Должны соблюдаться условия:

• реле не должны активизироваться нагрузочным током, поэтому параметр, при котором срабатывает МТЗ, должен быть больше максимального нагрузочного показателя;
• возвратный ток реле должен превышать нагрузочное значение, идущее по защите после окончания замыкания – это нужно для возврата реле в начальное положение.

Чувствительность защиты МТЗ

Значение коэффициента, вариабельно в зависимости от вида защиты. В главной зоне коэффициент обычно равен 1,5, в резервной – его часто берут равным 1,2.

Выдержка времени защиты МТЗ

Для ее нахождения проводится следующий расчет. Узнается время работы первой из защит при замыкании:

T1=tп1+to1+tв1,

где:

• Т1 – искомое время,
• tп1 – погрешность выдержки,
• to1 – время вырубания выключателя,
• tв1 – выдержка для этого реле.

Вторая защита не сработает при условии, что время выдержки для нее будет больше Т1, т.е. tв2>T1.

Tв2=Т1+tп2+tз,

где:

• tп2 – погрешность второго реле,
• tз – запасное время.

Таким образом, ступень будет равна Т=tв2-tв1=tп1+tо1+tп2+tз (для независимой время-токовой характеристики).

Выбор времени действия защит МТЗ

Время действия

Используется формула:

tв(n)=tв(n-1)+t.

На картинке выше разница между временем t2 и t1, t3 и t2 и любыми другими соседними идентична.

Примеры и описание схем МТЗ

Для защиты разных компонентов сетей с питанием, поступающим с одной стороны, используются схемы различных типов.

Однорелейная на оперативном токе

Схема с одним реле на оперативном токе

Применяется реле пуска, реагирующее на изменения разности фазовых потенциалов. Плюсами являются ее простота и малый расход ресурсов – нужны только одно реле и два кабеля. Минусы – невысокая восприимчивость и то, что, если отказал какой-то элемент, фрагмент линии теряет предохранение. Схема подойдет для сетей с напряжением до 10 кВ.

Двухрелейная на оперативном токе

Схема с парой реле

Эта схема, как и предыдущая, защищает электролинии от последствий короткого замыкания между фазами. Цепи в ней формируют усеченную звезду. Она надежна, но, как и предыдущая, не очень чувствительна.

Трехрелейная

Это наиболее надежная и единственная подходящая для конструкций с заземленной наглухо нейтралью схема.

Хотя отсечка тока эффективнее предотвращает короткие замыкания, применение обозреваемого метода больше подходит для предохранения разветвленных электролиний. Для максимально эффективной работы необходимо правильно задать в схеме уставки.

Видео

Что такое защита от перегрузки по току? | Bay Power

Электричество безопасно течет в нормальных условиях — оно не выделяет лишнего тепла и обеспечивает стабильный поток энергии для ваших устройств. Однако короткое замыкание или перегрузка могут возникнуть, когда потребляемый ток превышает нормальную токовую нагрузку, что приводит к потенциальной опасности поражения электрическим током без надлежащей защиты.

Нагрузка и конструкция цепи, включая реле, проводники и заземление, определяют безопасный уровень тока, который может выдержать устройство. Чтобы предотвратить проблему потребления тока выше нормального, необходима защита от перегрузки по току.

Перегрузка по току, защита от перегрузки по току и устройства, предотвращающие ее, являются важными компонентами безопасности и защиты оборудования. Кроме того, существуют специальные устройства, которые предотвращают перегрузку по току, обеспечивая безопасность вашего дома и электронных устройств. В этом подробном руководстве мы расскажем вам все, что вам нужно знать о защите от перегрузки по току.

 

Что такое защита от перегрузки по току?

Защита от перегрузки по току — это метод реализации оборудования и других электрических компонентов для ограничения или отключения протекания тока. Плавкие предохранители, автоматические выключатели или плавкие вставки являются наиболее часто используемыми методами защиты от перегрузки по току в цепи или внутренней проводке оборудования.

Выключатели, плавкие предохранители и плавкие вставки обычно работают как проводники и добавляют незначительное сопротивление к общей цепи. В результате они почти всегда подключаются последовательно с защищаемой цепью.

При перегрузке по току срабатывают автоматические выключатели, а плавкие предохранители и плавкие вставки перегорают. Эти устройства не решают проблему перегрузки по току; они просто останавливают поток электричества, чтобы защитить цепь.

Например, выключатель в вашем доме рассчитан на 15 ампер. Прерыватель сработает, если вы подключите микроволновую печь, фен и оконный блок переменного тока, требующий суммарного потребления тока 20 ампер. Когда все они работают одновременно, токовая нагрузка цепи составляет 20 ампер, что приводит к перегрузке 5 ампер.

В этом случае автоматический выключатель будет продолжать отключаться до тех пор, пока вы не отключите одно из устройств от цепи или просто не убедитесь, что они не создают перегрузку, работая одновременно.

 

Что такое устройства защиты от перегрузки по току? । Типы устройств защиты от перегрузки по току

Производители разрабатывают устройства защиты от перегрузки по току (OCPD) для защиты цепи и оборудования от событий перегрузки по току. Перегрузки по току могут разрушить электронику, расплавить провода, вызвать пожар и привести к другим опасностям. OCPD останавливают чрезмерное потребление тока, полностью останавливая поток тока. Таким образом, они защищают оборудование от повреждений и действуют как защитный механизм, предотвращая электрические возгорания.

Плавкие вставки

Плавкая вставка — это электрическое защитное устройство, обеспечивающее защиту цепи от перегрузки по току. Плавкая вставка — это, по сути, крошечный предохранитель с коротким отрезком провода; обычно на четыре размера меньше, чем провод, который он защищает.

Плавкие вставки наиболее распространены в автомобильной промышленности в сильноточных приложениях. В большинстве случаев плавкая вставка покрыта огнеупорной изоляцией, рассчитанной на высокие температуры. Это уменьшит опасность, если проволока станет достаточно горячей, чтобы расплавиться.

Плавкие предохранители

Плавкие предохранители, по большому счету, являются наиболее распространенным типом защиты от перегрузки по току. Предохранитель содержит металлический провод или полоску, заключенную в изолятор (обычно стеклянный) с двумя проводниками на концах для замыкания цепи. Когда через предохранитель проходит слишком большой ток, его проволока или металлическая полоска плавятся и ток прекращается.

Предохранители являются жертвенными компонентами, то есть они разрушаются при перегрузке по току. Поэтому вам придется заменять их каждый раз, когда они выходят из строя.

Предохранители существуют с момента появления электричества, и сегодня существуют тысячи различных конструкций для различных применений. Вот распространенные варианты: 

• Текущий рейтинг
• Номинальное напряжение
• Отключающая способность
• Время отклика
• Физический размер
• Тип разъема

 

Предохранители перегорают, когда протекающий через них ток превышает номинальный максимальный номинальный ток. Перегрузка, короткие замыкания, несогласованные нагрузки и отказы устройств являются распространенными причинами перегорания предохранителя.

Автоматические выключатели

Как и предохранители, автоматические выключатели автоматически останавливают ток, физически создавая разрыв в цепи. Но в отличие от предохранителей, которые плавятся, разрывая цепь, автоматические выключатели отключаются при перегрузке или коротком замыкании. Таким образом, автоматические выключатели можно использовать повторно.

Большинство автоматических выключателей необходимо сбрасывать вручную. Однако есть модели с функцией автоматического сброса. Автоматические выключатели бывают различных форм, номиналов и форм. Они бывают небольших размеров для отдельных бытовых приборов и бегемотов, защищающих высоковольтные цепи, обеспечивающие электричеством целые города.

Некоторые из их распространенных типов включают:

• Низковольтные
• Среднее напряжение
• Высоковольтный
• Магнитный
• Магнитно-гидравлический
• Термомагнитный
• Твердотельный
• Независимый расцепитель
• «Умный»

Существуют тысячи различных автоматических выключателей, и все они обеспечивают защиту от перегрузки по току.

Автоматические выключатели обнаруживают неисправности посредством нагрева или магнитного воздействия электрического тока или другими способами. Например, в автоматических выключателях для больших токов и высоких напряжений используются контрольные устройства защитных реле для обнаружения условий неисправности, таких как перегрузка, короткое замыкание, замыкание на землю и т. д.

Когда автоматический выключатель обнаруживает неисправность, он размыкает цепь, предотвращая протекание по ней тока. Большинство бытовых автоматических выключателей в блоке выключателя подпружинены и механически отключаются за счет накопленной энергии. Автоматические выключатели также могут использовать сжатый воздух или тепловое расширение, вызванное перегрузкой по току, для размыкания контактов.

Небольшие автоматические выключатели, такие как те, что стоят в вашем доме, необходимо сбрасывать вручную с помощью нажимного рычага или переключателя. Причина, по которой их трудно открыть, заключается в том, что вы повторно сжимаете механическую пружину. С другой стороны, большие автоматические выключатели, например, в промышленных условиях, используют соленоиды для отключения выключателей с двигателями для восстановления механической энергии в отключающих пружинах.

Важнейшая роль защиты от перегрузки по току

Защита от перегрузки по току необходима для каждой электрической цепи. Если цепь не имеет защиты от перегрузки по току, могут быть серьезные последствия. Например, перегрузка по току может вывести из строя электронные устройства без защиты и привести к возгоранию, поражению электрическим током и поражению электрическим током.

Таким образом, все электрические цепи и оборудование должны иметь устройства защиты от перегрузки по току для прерывания и размыкания цепей при возникновении перегрузок по току. В результате надлежащей защиты можно значительно снизить риск повреждения и поражения электрическим током.

 

Разница между защитой от перегрузки по току и защитой от перегрузки

Перегрузка по току — это тип перегрузки по току. Следовательно, защита от перегрузки также является типом защиты от перегрузки по току.

Защита от перегрузки по току — это защитный механизм, предотвращающий токи выше допустимого номинального тока цепи или оборудования. Защита от перегрузки по току обычно достигается с помощью магнитных автоматических выключателей или предохранителей и срабатывает мгновенно. Случаи перегрузки по току могут возникать из-за короткого замыкания или перегрузки.

Защита от перегрузки защищает от перегрузки по току, которая может вызвать перегрев защищаемого оборудования или цепи. Время, необходимое для срабатывания схемы защиты от перегрузки, отрицательно коррелирует с увеличением тока. Таким образом, чем выше нагрузка, тем меньше времени требуется для отключения. Например, более высокий ток перегрузки вызовет более быстрое срабатывание реле защиты от перегрузки, чем более низкий ток перегрузки.

Некоторые автоматические выключатели и реле имеют как защиту от перегрузки, так и защиту от перегрузки по току. Это означает, что они имеют как магнитный автоматический выключатель, который срабатывает при перегрузке по току, так и тепловой элемент, вызывающий срабатывание автоматического выключателя при перегрузке по току.

 

Как работает защита от перегрузки по току?

Высокие токи короткого замыкания могут возникать при выходе из строя электрических систем, что в противном случае может привести к повреждению оборудования и возгоранию, если не будет защищено устройством защиты от перегрузки по току. Самым простым и распространенным типом защиты от сверхтоков являются плавкие предохранители.

Как работают предохранители?

Когда ток, протекающий через предохранитель, становится слишком большим, внутренний проводник сильно нагревается и плавится. Когда проводник плавится, он прерывает ток. Таким образом, предохранители являются одноразовыми устройствами, и вы должны заменить их после перегрузки по току.

Максимальный ток, который могут отключить предохранители, ограничен; это может вызвать дугу через расплавленное соединение, если ток слишком высок. По этой причине проектировщики и электрики используют их только в системах низкого и среднего напряжения.

Предохранители — это отличный недорогой способ защиты оборудования и цепей от перегрузки по току, но они не подходят для ситуаций с высоким напряжением.

Как работают автоматические выключатели?

В большинстве высоковольтных систем наряду с трансформаторами и реле используются автоматические выключатели для обеспечения защиты от перегрузки по току.

Вот основные принципы их совместной работы:

• Автоматический выключатель и трансформатор тока устанавливаются в цепи последовательно
• Трансформатор тока снижает линейный ток до меньшего тока (вторичный ток) и подает его на реле
• Когда вторичный ток превышает ток срабатывания реле в течение определенного периода времени (времени задержки), реле срабатывает, и автоматический выключатель разрывает цепь тока.

 

Интенсивность тока срабатывания определяет конкретное время задержки. Отношение времени задержки к току срабатывания определяет, когда реле сработает. Они имеют обратную зависимость, которая определяется характеристикой отключения. Проще говоря, для срабатывания более низких токов требуется больше времени, а для срабатывания более высоких токов требуется меньше времени.

 

Примеры схем защиты от перегрузки по току

Если вы пользуетесь электричеством, в вашей повседневной жизни есть множество примеров схем защиты от перегрузки по току. Они варьируются от электропроводки в вашем доме до электрических элементов управления в вашем автомобиле и даже на печатной плате вашего телефона.

Защита от перегрузки по току есть практически в каждом устройстве, использующем электричество. Вот несколько примеров: 

• Блок предохранителей под панелью приборной панели вашего автомобиля 
• Выключатель в вашем доме
• Розетки GFCI в ванных комнатах и ​​на кухне
• Розетка для зарядки телефона
• Много мест на электростанции
• Силовые подстанции
• Многие участки вдоль ЛЭП

 

Заключение

Защита от перегрузки по току является функцией безопасности почти всех электронных устройств. Они защищают цепи и оборудование от всех типов перегрузок по току, включая короткие замыкания, замыкания на землю и перегрузки по току. Плавкие вставки, предохранители и автоматические выключатели являются наиболее распространенными типами устройств защиты от перегрузки по току (OCPD).

Основы защиты от перегрузки по току | EC&M

Предоставлено www.MikeHolt.com. На основе NEC 2020 года.

Статья 240 содержит требования к защите от перегрузки по току и выбору/установке устройств защиты от перегрузки по току (OCPD) — обычно автоматических выключателей или предохранителей. Перегрузка по току возникает, когда ток превышает номинальный ток оборудования или мощность проводника из-за перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю [ст. 100] ( Рис. 1 ).

Перегрузки, короткие замыкания и отказы

Эти термины не являются взаимозаменяемыми:

• Перегрузка . Состояние, при котором по оборудованию или проводникам протекает ток, превышающий их номинальный ток [ст. 100]. Неисправность, такая как короткое замыкание или замыкание на землю, не является перегрузкой. Примером перегрузки является подключение двух фенов на 12,50 А (1500 Вт) к ответвленной цепи на 20 А.
• Короткое замыкание . Непреднамеренное электрическое соединение между любыми двумя обычно токонесущими проводниками электрической цепи, либо фаза-линия, либо фаза-нейтраль.
• Замыкание на землю . Непреднамеренное электрически проводящее соединение между фазным проводником цепи и обычно нетоконесущими проводниками, металлическими корпусами, металлическими дорожками качения, металлическим оборудованием или землей [Ст. 100]. При замыкании на землю на металлических деталях присутствуют опасные напряжения до тех пор, пока цепь OCPD не разомкнется и не устранит неисправность.

Основы OCPD

OCPD защищают проводники и оборудование. Общее правило для защиты от перегрузки по току заключается в том, что проводники должны быть защищены в соответствии с их током в точке, где они получают питание [Разд. 240.4 и гл. 240.21].

Звездочки рядом с малыми размерами проводников в таблице 310.16 указывают на сноску, указывающую на гл. 240,4(Д). В этом разделе приведены общие правила для малогабаритных проводников, ограничивающие номинальные характеристики защищающих их ОКПД. В таблице 240.4(G) перечислены статьи Кодекса, которые изменяют правила гл. 240,4(Д). Существует также несколько правил, позволяющих использовать ответвительные проводники (с гораздо меньшей силой тока, чем, по-видимому, допускает защищающий их OCPD) в определенных ситуациях [разд. 240.4(Е)].

Действие отключения OCPD во время перегрузки основано на «кривой время-ток», что по существу означает, что чем выше ток, тем быстрее отключится устройство. Из-за этой «временно-токовой кривой» может показаться, что проводники с меньшими токами, чем защищающий их OCPD, нарушают правила, но состояние перегрузки по току будет присутствовать только в течение очень короткого и безопасного периода времени.

Устройство OCPD должно быть способно размыкать цепь при возникновении ситуации перегрузки по току, а также должно иметь достаточную отключающую способность, чтобы избежать повреждения в условиях неисправности [Разд. 110,9].

Защита от перегрузки по току должна быть предусмотрена для каждого фазного проводника в точке, где проводники получают питание [Разд. 240.21], за исключением случаев, разрешенных пунктами (A)–(H).

Проводники

За исключением случаев, разрешенных гл. 240.4 (A) — (G), проводники должны быть защищены от перегрузки по току в соответствии с их токовой нагрузкой после коррекции и регулировки токовой нагрузки, как указано в гл. 310.14.

Например, вы можете использовать следующее более высокое стандартное значение OCPD (выше допустимой нагрузки защищаемых фазных проводов), показанное в Таблице 240.6(A), если выполняются все следующие условия [Разд. 240,4 (Б)]:

(1) Проводники не являются частью ответвленной цепи, питающей более одной розетки для нагрузки со шнуром и вилкой.

(2) Сила тока проводника после применения поправки на температуру окружающей среды [Таблица 310.15(B)(1)], корректировки пучка проводников [Таблица 310.15(C)(1)] или того и другого не соответствует стандартный номинал предохранителя или автоматического выключателя в гл. 240,6 (А).

(3) Следующий более высокий стандартный рейтинг OCPD из гл. 240,6(А) не превышает 800А.

Давайте рассмотрим пример, чтобы показать вам, как это работает.

Вопрос: В соответствии с таблицей 310.16, какой максимальный размер OCPD можно использовать для защиты проводников сечением 500 000 000 км, где каждый проводник имеет допустимую нагрузку 380 А при 75°C (, рис. 2, )?

Ответ: Быстрая проверка гл. 240.6(A) показывает, что вам следует выбрать OCPD на 400 А.

В таблице 240.6(A) приведены стандартные номинальные значения в амперах для предохранителей и автоматических выключателей с обратнозависимой выдержкой времени. Вы также можете использовать плавкие предохранители и автоматические выключатели с обратнозависимой выдержкой времени с нестандартными значениями тока.

Номинальный ток регулируемого отключающего автоматического выключателя:

• без ограничения доступа к средствам регулировки равен его максимальному длительному току срабатывания [Разд. 240.6(В)].
• с ограниченным доступом к средствам регулировки соответствует отрегулированным настройкам тока срабатывания длительного действия.

Вы можете добиться ограниченного доступа, защитив средства регулировки паролем с помощью пароля, доступного только для квалифицированного персонала, или разместив его за [разд. 240,6(С)]:

(1) Съемные и пломбируемые крышки.

(2) Двери корпуса оборудования на болтах.

(3) Запертые двери доступны только для квалифицированного персонала.

Дополнительные устройства OCPD

«Дополнительное устройство OCPD» предназначено для обеспечения ограниченной защиты от перегрузки по току для конкретных приложений и используемого оборудования. Эта ограниченная защита от перегрузки по току является дополнением к защите от перегрузки по току, обеспечиваемой в требуемой ответвленной цепи OCPD ответвления.

Вы не можете использовать дополнительные OCPD в качестве требуемых OCPD ответвления, и дополнительный OCPD не должен быть легкодоступным [Разд. 240.10].

Фазовый провод OCPD

Автоматические выключатели должны автоматически размыкать все фазные проводники цепи в условиях перегрузки по току, за исключением случаев, разрешенных в гл. 240,15(В)(1)-(3). Например, вы можете использовать отдельные однополюсные автоматические выключатели на 120 В/240 В с ручными стяжками, определенными для каждой фазы однофазной линейной нагрузки [Разд. 240.15(В)(2)].

Защита от перегрузки по току должна быть предусмотрена для каждого фазного проводника в точке, где проводники получают питание, за исключением случаев, разрешенных гл. 240,21 (А)-(Н).

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели и выключатели с плавкими предохранителями должны быть легко доступны и установлены таким образом, чтобы центр рукоятки рукоятки управления (в самом верхнем положении) находился на высоте не более 6 футов 7 дюймов над полом или рабочей поверхностью. платформе, за исключением случаев, указанных в гл. 240,24(А)(1)-(4).

Нельзя размещать OCPD:

• вблизи легко воспламеняющихся материалов [разд. 240,24(Д)].
• в ванных комнатах [разд. 240.24(Е)].
• по ступеням [разд. 240.24(F)].

Когда рукоятка автоматического выключателя находится в вертикальном положении, положение «вверху» рукоятки должно быть положением «включено» [Разд. 240,81]. См. разд. 240.33 и гл. 404,7 ( рис. 3 ).

Автоматические выключатели имеют номинал отключения 5000 А, если не указано иное. Всегда следите за тем, чтобы автоматический выключатель имел мощность отключения, достаточную для доступного тока короткого замыкания на линейных клеммах оборудования. Использование автоматического выключателя с несоответствующим номинальным током отключения может привести к выходу из строя оборудования из-за межфазного замыкания или замыкания на землю, что может привести к смерти или серьезной травме. См. разд. 110,9Больше подробностей.

Автоматические выключатели, используемые для переключения цепей люминесцентного освещения на 120 В или 277 В, должны быть перечислены и иметь маркировку «SWD» или «HID». Автоматические выключатели, используемые для переключения цепей газоразрядного освещения высокой интенсивности, должны быть перечислены и иметь маркировку «HID». [Разд. 240.83(D)]

Выключатель может быть рассчитан на одиночное или двойное напряжение. Вы можете использовать автоматический выключатель с:

• Номинальным напряжением одного напряжения (например, 240 В или 480 В), если номинальное напряжение между любыми двумя проводниками (фаза-нейтраль или фаза-фаза) не превышает напряжения цепи. номинальное напряжение выключателя [сек. 240,85].
• Номинальное косое напряжение (например, 120/240 В или 277/480 В), только если номинальное напряжение любого одного проводника относительно земли не превышает меньшее из двух значений, а номинальное напряжение между любыми двумя проводниками не превышает более высокое значение.

Если автоматический выключатель используется в цепи с допустимым током короткого замыкания выше указанного номинала отключения путем подключения на стороне нагрузки одобренного OCPD с более высоким номинальным током, автоматический выключатель должен соответствовать требованиям гл. 240,86 (А) или (В) и (С). Например, комбинация устройства максимального тока со стороны линии и автоматического выключателя (автоматов) со стороны нагрузки испытывается и маркируется на конечном оборудовании (например, распределительных щитах и ​​щитах).

Если максимальная уставка отключения по постоянному току, для которой устройство максимального тока в автоматическом выключателе рассчитано (или может быть отрегулировано) на 1200 А или выше, гл. 240.87(A) и (B).

Для лиц, уполномоченных проектировать, устанавливать, эксплуатировать или проверять установку, должна быть доступна документация относительно местоположения и метода, выбранного для сокращения времени срабатывания автоматического выключателя (автоматов) для снижения энергии дуги [Разд. 240,87(А)].

Одно из средств, перечисленных в гл. 240.87(B)(1)–(7) должны быть предусмотрены и настроены на работу с меньшим током, чем доступный ток дуги. Например, вы можете использовать дифференциальное реле или аварийный выключатель дугового разряда.