Максимально токовая защита: схемы, принцип работы, уставки, время

Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты применяются схемы с пуском (с блокировкой) от реле минимального напряжения. Такая защита называется максимальной токовой защитой с пуском (блокировкой) по напряжению.

3.2. Максимальная токовая защита линий с пуском (блокировкой) по напряжению

3.2. Максимальная токовая защита линий с пуском (блокировкой) по напряжению

Чувствительность проверяется по максимальному значению напряжения при к.з. в конце зоны действия защиты, при этом коэффициент чувствительности:

Максимальная защита с блокировкой минимального напряжения не действует при перегрузках, не сопровождающихся понижением напряжения, и имеет повышенную чувствительность к току к.з. по сравнению с простой максимальной защитой.

Применяется на линиях с большой аварийной нагрузкой.

3.3. Токовые отсечки

Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяю­щей обеспечить быстрое отключение к. з. Токовые отсечки под­разделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.

Селективность действия токовых отсечек достигается огра­ничением их зоны работы так, чтобы отсечка не действовала при к. з. на смежных участках сети, защита которых имеет выдержку времени, равную или больше, чем отсечка.

Принципиальные схемы отсечек мгновенных (без выдержки времени) и с выдержкой времени на постоянном оперативном токе изображены на рисунке:

а – ТО мгновенного действия; б – ТО с выдержкой времени

Токовая отсечка является быстродействующей токовой защитой, селективность действия которой обеспечивается соответствующим выбором тока ее срабатывания.

Токовая отсечка не должна срабатывать при к. з. на смежном участке сети, поэтому её ток срабатывания отстраивается от максимального тока внешнего для данной линии к.з. (т.е. от максимального тока к.з. в конце защищаемой линии):

Кривая Iк=f(L) показывает изменения тока 3‑х фазного к.з. в зависимости от расстояния до точки к.з. Кривая построена на основании выражения:

Зона действия отсечки охватывает только часть линии и меняется в зависимости от режима работы системы (зона А – при максимальном, зона Б – при минимальных режимах системы).

Зона действия отсечки определяется графически.

Зону ТО можно также определить по формуле:

Токовая отсечка является быстродействующей защитой и время её срабатывания t_с.з. определяется небольшой задержкой вызванной срабатыванием токовых и промежуточных реле, а также исполнительного органа защиты и составляет обычно не более 0,1 с.

Для линий с 2‑х сторонним питанием токи срабатывания отсечек по концам линии выбираются одинаковыми и равными.

Существует зона при к.з. в которой будут срабатывать обе токовые отсечки по концам защищаемой линии. При к.з. вне этой зоны будет срабатывать только одна из отсечек.

Время действия мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточного реле.

Достоинством ТО является быстрое отключение к.з., возникающих вблизи источника питания, т.е. повреждений сопровождающихся большими токами к.з.

Недостатком токовой отсечки является то, что она защищает только часть линии и не может быть использована в качестве основной защиты.

Максимальная токовая защита (Лабораторная работа № 10)

Спец. 1 43 01 02 «Электрические системы и сети»

Лабораторная работа № 10

Максимальная токовая защита

1. Цель работы. Ознакомление с принципом действия,  расчетом уставок,  основными схемами максимальной токовой защиты   отходящей линии, выполненной на постоянном оперативном токе.

2. Краткая теория

2.1. Принцип действия максимальной токовой защиты

Максимальная токовая защита  (МТЗ) контролирует ток в защищаемом элементе, отстраивается от тока нагрузки и при превышении тока в защищаемом элементе тока уставки пускового органа реле, с выдержкой времени действует на отключение этого элемента. Как правило, МТЗ является основной, а иногда единственной защитой линий напряжением 6-35 кВ. МТЗ – это защита, которая не только обеспечивает отключение КЗ на своей линии, но, если позволяет ее чувствительность, еще и резервирует отключение КЗ смежного участка.

Комплекты защит АК1, АК2, АК3 (рис. 10.1) установлены в начале каждой линии. Каждая из защит линий W1, W2 и W3 действует на отключение выключателя соответствующей линии при повреждении на ней или на шинах противоположной (смежной) подстанции. В нормальном режиме работы сети ни одна из защит не должна срабатывать. Для этого ток срабатывания защит  принимается большим, чем ток, проходящий по защищаемой линии в максимальном режиме .

При возникновении КЗ в точке К по участкам сети между источником G и точкой КЗ протекает ток КЗ. Этот ток протекает в защитах АК1, АК2, АК3, которые – приходят в действие. При этом:

– срабатывает одно или несколько (в зависимости от вида КЗ) реле тока КА, замыкая цепь катушки реле времени КТ;

– срабатывает реле времени КТ и обеспечивает селективность действия МТЗ.

Однако для рассматриваемого случая по условию селективности на отключение КЗ должна подействовать защита АК1. Это достигается тем, что защита АК1 имеет наименьшую выдержку времени. Защита АК2 имеет выдержку времени на ступень селективности  большую, чем защита АК1, а защита АК3 имеет выдержку времени на ступень селективности  большую, чем защита АК2.

Таким образом, селективность МТЗ обеспечивается ее выдержкой времени. Выдержки времени смежных МТЗ отличаются на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности  – это минимально возможная разница между временами срабатывания смежных защит, учитывающая точность работы реле. Для защит, выполненных на электромеханической базе ступень селективности  составляет 0,5-0,7 с. Микропроцессорные защиты позволяют обеспечить ступень селективности равную 0,2-0,3 с.

Рис. 10.1. Расчетная схема для выбора уставок токовых защит (а) и карта селективности для МТЗ с независимой выдержкой времени (б) — АК2-последующая  защита;  АК1-предыдущая защита.

Недостатком МТЗ является то, что по мере приближения места установки защиты к источнику питания увеличивается ее выдержка времени. Так как при этом увеличивается и величина тока КЗ, объем повреждения возрастает.

МТЗ могут выполняться с выдержками времени, не зависящими от тока в защищаемом участке (рис. 10.2, кривая 1). Такие защиты при повреждении в любой точке защищаемого участка действуют с постоянной не зависимой от тока выдержкой времени. В таких МТЗ выдержка времени создается реле времени, а защиту называют МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания.

МТЗ могут выполняться с выдержками времени, зависящими от тока в защищаемом участке (рис.10.2, кривая 2). При этом время срабатывания МТЗ не остается постоянным при изменении в ней тока. По мере увеличения тока время срабатывания МТЗ уменьшается. Такой характер изменения выдержек времени имеют МТЗ с плавкими предохранителями, с индукционными реле тока или с цифровыми реле.

Рис. 10.2. Независимая (1) и зависимая (2) характеристики времени срабатывания

Максимальная токовая защита генератора

Максимальная токовая защита (МТЗ) и токовая отсечка применяются, как основные защиты в генераторах небольшой мощности, для быстрого, селективного отключения внутренних коротких замыканий. Возможно использование и направленной токовой защиты. В основном эти защиты используются как резервные защиты генератора при внутренних замыканиях, или при внешних КЗ, когда запаздывание в отключении основных защит генератора приводит к недопустимой перегрузке по току.

Максимальная токовая защита от симметричных замыканий выполняется с использованием одного токового реле, включенного в цепи тока одной из фаз, с блокировкой минимальною напряжения. МТЗ генератора может иметь оперативное ускорение, которое вводится при выводе основных защит генератора в ремонт или при испытаниях.

Максимальная токовая защита с фиксацией пуска при снижении напряжения применяется в генераторах, имеющих систему возбуждения, запитанную от сети.

При внешнем КЗ, при снижении напряжения на выводах генератора, ток в защите уменьшается, что может привести к возврату исходному состоянию МТЗ, действующей с выдержкой времени. Поэтому в таких схемах в комплект МТЗ входит блок, фиксирующий пуск защиты по току КЗ и удерживающий пусковой сигнал до срабатывания защиты и при последующем снижении напряжения. Необходимы контроль исправности цепей напряжения и схема возврата защиты в исходное состояние с выдержкой времени большей времени срабатывания МТЗ. Структурная схема данной защиты приводится на рис. 1.

Рис. 1 Структура МТЗ с фиксацией пуска при снижении напряжения

блок I > – пусковые токовые органы каждой фазы,
блок U < – элемент контроля снижения напряжения,
блок ФНН – элемент фиксации неисправности цепей напряжения,
блок 1,7 – логические элементы «или»,
блок 2 – элемент выдержки времени МТЗ,
блок 3,6 – логические элементы «и»,
блок 4 – триггер, запоминающий входной сигнал,
блок 5 – элемент выдержки времени возврата схемы в исходное состояние.

Максимальная токовая защита с характеристикой, зависящей от текущего напряжения это наиболее общий случай учёта снижения напряжения на выводах генератора па характеристики МТЗ с независимой и зависимой выдержкой времени. Блок коррекции уставок по напряжению вводится переключателем (накладкой), что изменяет выдержки времени защиты с независимой характеристики, на зависимую от величины тока характеристику. При неисправности в цепях напряжения функции коррекции уставок блокируются специальным узлом, оставляя в действии защиту с фиксированной выдержкой времени.

Что такое устройство защиты от перегрузки по току?

Что означает устройство защиты от перегрузки по току (OCPD)?

Устройство защиты от перегрузки по току (OCPD) — это часть оборудования, используемого в электрических системах, которые подвержены риску перегрузки по току из-за перегрузок, коротких замыканий или замыканий на землю. Перегрузка по току — это любая ситуация, в которой величина тока (в амперах) в системе (например, в электрической цепи) превышает величину тока, безопасную для которой предназначена система.В ситуациях перегрузки по току OCPD перенаправит или отключит прохождение тока через систему, чтобы сделать его безопасным.

Наиболее распространенными из этих устройств защиты являются предохранители, автоматические выключатели и реле максимального тока. В случаях, когда происходит перегрузка по току, эти устройства разрывают цепь, по которой течет ток, устраняя или перенаправляя ток. OCPD работают только в зависимости от величины тока, протекающего через них, и поэтому не будут реагировать на перегрузку по току, изолированную от другой части цепи.Примером может служить цепь, неправильно проложенная через удлинитель с более низким допуском напряжения, чем остальная часть схемы.

Safeopedia объясняет устройство защиты от сверхтоков (OCPD)

Использование устройств защиты от сверхтоков является стандартной частью электробезопасности и предписано в США как часть Национального электротехнического кодекса (также известного как NFPA 70). Лица, работающие вблизи устройств, подверженных риску перегрузки по току, могут столкнуться с опасностью поражения электрическим током и возгорания, которые могут быть вызваны повреждением электрического оборудования из-за перегрузки по току.OCPD могут также предотвратить взрывное зажигание и вспышки дуги, связанные с перегрузкой по напряжению и другими электрическими неисправностями.

Большинство OCPD (например, предохранители) находятся в первичных сервисных панелях (то есть в «блоке предохранителей»), а также в связанных с ними электрических фидерах и ответвленных цепях, которые обычно подключаются к их собственным системам выключателей. В промышленном электрооборудовании также используются реле максимального тока внутри оборудования для непосредственной защиты от повреждений, вызванных перегрузкой по току.

Конкретные OCPD, необходимые для защиты от перегрузки по току, различаются в зависимости от опасностей, связанных с данной электрической системой.Например, в системах, в которых замыкания на землю и дуговые замыкания представляют собой потенциальную опасность, использование прерывателей цепи замыкания на землю (GFCI) и прерывателей цепи дугового замыкания (AFCI) необходимо для снижения риска поражения электрическим током или пожара, связанного с перегрузкой по току. Устройства защиты от перегрузки представляют собой тип OCPD, которые предназначены для защиты от длительной перегрузки по току и включают в себя использование реле и плавких предохранителей с задержкой срабатывания.

Для безопасного использования OCPD необходимо правильное использование OCPD (и их распределение в конкретных контекстах ветки).Если OCPD подвергается воздействию напряжения, для работы с которым он не предназначен, он может сам разорваться или взорваться. Правильное заземление сервисных коробок и оборудования может снизить этот риск.

Устройства максимальной токовой защиты и максимальной токовой защиты

Перегрузки по току и защитные устройства не новость. Вскоре после того, как Вольта сконструировал свою первую электрохимическую ячейку или Фарадей создал свой первый дисковый генератор, кто-то еще любезно снабдил этих изобретателей их первыми нагрузками короткого замыкания.Патенты на механические устройства отключения относятся к концу 1800-х годов, а концепция предохранителя восходит к первому проводу меньшего размера, который соединял генератор с нагрузкой.

В практическом смысле мы можем сказать, что никакой прогресс в электротехнике не может продолжаться без соответствующего прогресса в науке о защите. Электроэнергетическая компания никогда не подключит новый генератор, новый трансформатор или новую электрическую нагрузку к цепи, которая не может автоматически размыкаться с помощью защитного устройства.Точно так же инженер-конструктор никогда не должен разрабатывать новый электронный блок питания, который не защищает автоматически его твердотельные компоненты питания в случае короткого замыкания на выходе. Защита от повреждений, связанных с перегрузкой по току, должна быть неотъемлемой частью любой новой разработки электрического оборудования. Все, что меньше, делает устройство или цепь уязвимыми к повреждению или полному разрушению в течение относительно короткого времени.

Примеры устройств защиты от перегрузки по току множество: предохранители, электромеханические автоматические выключатели и твердотельные переключатели питания.Они используются во всех мыслимых электрических системах, где существует возможность повреждения из-за перегрузки по току. В качестве простого примера рассмотрим типичную электрическую систему промышленной лаборатории, показанную на рисунке 1.1. Мы показываем однолинейную диаграмму радиального распределения электроэнергии, начиная от распределительной подстанции, проходя через промышленное предприятие и заканчивая небольшим лабораторным персональным компьютером. Система называется радиальной, поскольку все ответвительные цепи, включая электрические ответвления, исходят из центральных узловых точек.Для каждого контура имеется только одна линия питания. Существуют и другие распределительные системы сетевого типа для коммунальных предприятий, в которых некоторые питающие линии проходят параллельно. Но радиальная система — самая распространенная и простая в защите.

Максимальная токовая защита рассматривается как последовательное соединение каскадных устройств прерывания тока. Начиная со стороны нагрузки, у нас есть двухэлементный плавкий предохранитель на входе блока питания персонального компьютера. Этот предохранитель размыкает цепь на 120 В при любой крупной неисправности компьютера.Большой пусковой ток, который возникает в течение очень короткого времени при первом включении компьютера, маскируется медленным элементом внутри предохранителя. Очень большие токи короткого замыкания обнаруживаются и сбрасываются быстродействующим элементом внутри предохранителя.

Защита от чрезмерной нагрузки на клеммной колодке обеспечивается тепловым выключателем внутри клеммной колодки. Автоматический выключатель зависит от дифференциального расширения разнородных металлов, которое вызывает механическое размыкание электрических контактов.

Однофазная ответвительная цепь на 120 В в лаборатории, которая снабжает штепсельную вилку, имеет свой собственный выключатель ответвления в главной коробке выключателя или на панели управления лаборатории. Этот прерыватель ответвления представляет собой комбинацию термического и магнитного прерывателя или термомагнитного прерывателя. Он имеет биметаллический элемент, который при перегреве от сверхтока вызывает срабатывание устройства. Он также имеет вспомогательную магнитную обмотку, которая за счет эффекта соленоида ускоряет реакцию при сильных токах короткого замыкания.

Все ответвленные цепи на данной фазе трехфазной системы лаборатории соединяются в коробке главного выключателя и проходят через главный автоматический выключатель этой фазы, который также является термомагнитным блоком.Этот главный выключатель предназначен исключительно для резервной защиты. Если по какой-либо причине автоматический выключатель ответвления не может прервать перегрузки по току на этой конкретной фазе в лабораторной проводке, главный выключатель откроется через короткое время после того, как выключатель ответвления должен был отключиться.

Резервное копирование — важная функция защиты от перегрузки. В чисто радиальной системе, такой как лабораторная система на рис. 1.1, мы можем легко увидеть каскадное действие, в котором каждое устройство максимальной токовой защиты поддерживает устройства, расположенные ниже по потоку.Если предохранитель блока питания компьютера не работает должным образом, термовыключатель штепсельной вилки сработает после определенной координационной задержки. Если он также выйдет из строя, то прерыватель ответвления должен поддержать их обоих, снова после определенной задержки согласования. Эта координационная задержка необходима резервному устройству, чтобы дать первичному устройству защиты — устройству, которое электрически ближе всего к перегрузке или неисправности — возможность отреагировать первым. Задержка координации является основным средством избирательной защиты резервной системы.

Селективность — это свойство системы защиты, с помощью которой отключается только минимальное количество функций системы, чтобы уменьшить ситуацию перегрузки по току. Выборочно защищенная система подачи энергии будет намного более надежной, чем та, которая не защищена.

Например, в лабораторной системе, показанной на рис. 1.1, короткое замыкание в шнуре питания компьютера должно устраняться только тепловым выключателем в штекерной колодке. Все остальные нагрузки в параллельной цепи, а также остальные нагрузки в лаборатории должны продолжать обслуживаться.Даже если прерыватель в штепсельной розетке не реагирует на неисправность в шнуре питания компьютера, а прерыватель ответвления в коробке главного выключателя принудительно срабатывает, обесточивается только эта конкретная ответвленная цепь. Нагрузки на другие ответвления в лаборатории по-прежнему обслуживаются. Чтобы неисправность в шнуре питания компьютера привела к полному отключению электроэнергии в лаборатории, два последовательно соединенных выключателя должны выйти из строя одновременно — вероятность чего крайне мала.

Способность конкретного устройства защиты от перегрузки по току прерывать данный уровень перегрузки по току зависит от чувствительности устройства. Как правило, все устройства максимальной токовой защиты, независимо от типа или принципов работы, реагируют быстрее, когда уровни максимальной токовой защиты выше.

Для координации защиты от перегрузки по току необходимо, чтобы инженеры-прикладники обладали детальными знаниями общего диапазона срабатывания конкретных устройств защиты. Эта информация содержится в таблице «Время в пути vs.кривые тока », обычно называемые кривыми отключения. Кривая время-ток срабатывания отображает диапазон и время отклика для токов, при которых устройство прерывает протекание тока при заданном уровне напряжения в цепи. Например, кривые времени и тока для устройств защиты в нашем лабораторном примере показаны наложенными на Рис. 1.2.

Номинальный ток устройства — это наивысший установившийся уровень тока, при котором устройство не сработает при данной температуре окружающей среды.Ток срабатывания в установившемся режиме называется предельным током срабатывания. Номинальные характеристики двухэлементного предохранителя в блоке питания компьютера, теплового выключателя с клеммной колодкой, термомагнитного выключателя параллельной цепи и термомагнитного выключателя главной цепи составляют 2, 15, 20 и 100 ампер соответственно. Обратите внимание, что, за исключением кривой предохранителя, каждая кривая время-ток отображается в виде заштрихованной области, представляющей диапазон отклика для каждого устройства. Производственные допуски и несоответствия свойств материала несут ответственность за эти полосатые наборы ответов.Информация о времени срабатывания и токе для небольших предохранителей обычно представлена ​​в виде кривой среднего времени плавления с одним значением.

Даже с конечной шириной кривых время-ток мы можем легко увидеть селективность / координацию между различными устройствами защиты. Для любого заданного установившегося уровня перегрузки по току мы считываем график время-ток отключения на этом уровне тока, чтобы определить порядок реакции.

Рассмотрим следующие три примера лабораторной проводки, штепсельной колодки и компьютерной системы.

Пример 1: Отказ компонента в блоке питания компьютера: Предположим, что произошел сбой компонента питания в блоке питания компьютера — скажем, двух ножек мостового выпрямителя — и что результирующий ток короткого замыкания в блоке питания, ограниченный скачком напряжения резистор, составляет 70 ампер.

Из кривой срабатывания предохранителя видно, что этот уровень тока должен сбрасываться примерно за 20 миллисекунд. Если предохранитель не прерывает ток — или, что еще хуже, если предохранитель был заменен постоянным коротким замыканием специалистом по ремонту азартных игр, — тепловой выключатель в штекерной колодке должен размыкать цепь в пределах 0.От 6 до 3,5 секунд. Термомагнитный выключатель ответвления откроет всю ответвленную цепь в течение 3,5–7,0 секунд, если тепловой выключатель штекерной ленты также не сработает. Обратите внимание, что для этой конкретной неисправности после выключателя ответвления резервное копирование не предусмотрено. Основной лабораторный термомагнитный блок на 100 ампер будет реагировать только в том случае, если другие нагрузки в пределах всей лаборатории составили более 30 ампер во время отказа источника питания на 70 ампер.

Пример 2: Перегрузка полоски вилки: Предположим, что оператор компьютера пролил напиток, и, чтобы высушить беспорядок, вставляет два фена мощностью 1500 Вт в полоску вилки.Затем оператор включает их оба одновременно, в результате чего общий ток нагрузки на штепсельную вилку составляет примерно 30 ампер.

Из кривой срабатывания теплового выключателя видно, что блок штекера должен устранить эту перегрузку в течение 5–30 секунд. Обратите внимание на сходство между кривыми срабатывания теплового блока штекерной ленты и термомагнитного блока ответвленной цепи в диапазоне 100 ампер и ниже. Это связано с тем, что для этих уровней токов тепловая часть механизма обнаружения внутри термомагнитного прерывателя ветви является преобладающей.

Пример 3: Короткое замыкание в шнуре питания компьютера: Предположим, что изношенный сетевой шнур окончательно закорочен во время некоторого механического движения. Предположим также, что в цепи, штепсельной колодке и системе сетевого шнура имеется достаточное сопротивление, чтобы ограничить результирующий ток короткого замыкания до 300 ампер. Этот уровень тока составляет 2000% (в 20 раз) номинального тока теплового выключателя штекерной ленты и выходит за пределы нормального диапазона опубликованных спецификаций времени срабатывания для тепловых выключателей (от 100% до 1000% номинального тока).Таким образом, точный диапазон времени срабатывания теплового блока не определен.

При высоких уровнях тока короткого замыкания, в данном случае более 150 ампер, мы можем видеть преимущество скорости, присущее магнитному обнаружению сверхтоков. Об этом свидетельствует тот факт, что кривая отклика термомагнитного выключателя ветви резко падает при уровнях тока от 150 до 200 ампер. При этих и более высоких токах механизм магнитного обнаружения в термомагнитном блоке является доминирующим.Кривая отклика блока пересекает кривую отклика теплового выключателя вставной полосы (при условии, что она выходит за пределы 1000%), и координация между двумя выключателями теряется. Диапазон срабатывания термомагнитного прерывателя на 300 ампер составляет от 8 до 185 миллисекунд. Если и прерыватель цепи вилки, и прерыватель цепи ответвления не срабатывают, главный лабораторный прерыватель должен устранить неисправность в течение 11–40 секунд.

Функции и характеристики устройств защиты от перегрузки по току

В системе электроснабжения перегрузка по току или перегрузка по току вызывают отказ или неисправность.Это больше, чем предполагалось, электрический ток, который существует в проводниках цепи, что приводит к чрезмерному выделению тепла и риску возгорания или повреждения оборудования.

Возможные причины перегрузки по току включают:

• Перегрузка
• Неправильный дизайн
• Короткое замыкание
• Дуговое замыкание
• Замыкания на землю

Электрическая терминология для защиты от сверхтоков

Электрическая терминология необходима для лучшего понимания функций и характеристик защиты от сверхтоков.

• Пропускная способность : Максимальный ток в амперах, который проводник может непрерывно выдерживать в условиях эксплуатации без превышения его температурного номинала. Допустимая нагрузка на проводник зависит от условий использования, а также от номинальной температуры изоляции проводника.
• Перегрузка по току : Любой ток, превышающий номинальный ток оборудования или допустимую нагрузку проводника. Это может быть результатом перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю.Они могут возникать в результате нормальных условий, таких как запуск двигателя, или аномальных условий, таких как неисправность.
• Перегрузка : Эксплуатация оборудования с превышением номинальной полной нагрузки или проводника с превышением номинальной допустимой токовой нагрузки, которая, если сохраняется в течение достаточного времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев. Важно отметить, что перегрузка не является неисправностью. Пример распространенной перегрузки — когда в цепи слишком много устройств.Автоматический выключатель можно сбросить, как только цепь разряжается, просто отсоединив приборы от розетки (розеток).
• Короткое замыкание : Неисправность, обычно возникающая из-за пробоя изоляции и неправильного обслуживания оборудования.
• Замыкание на землю
• Дуговое замыкание
• Разлом на болтах

Устройства максимальной токовой защиты

Стандартные предохранители и автоматические выключатели обычно используются в устройствах защиты от перегрузки по току (OCPD) для управления перегрузкой по току (перегрузка и неисправности).Производители автоматических выключателей специально обращаются к дуговому замыканию и замыканию на землю в своих индивидуальных конструкциях.

GFCI предназначены для обнаружения дисбаланса в 5 миллиампер между однополюсными автоматическими выключателями — L1-N или двухполюсными автоматическими выключателями — L1-L2.

• GFCI предназначены для использования во влажных помещениях.
Автоматические выключатели
• AFCI предназначены для обнаружения и реагирования на дугу низкого уровня, указывающую на повреждение проводов ответвленной цепи.
• AFCI предназначены для использования в жилых помещениях.

Следует соблюдать осторожность при сбросе неисправности короткого замыкания; более тщательная оценка причины неисправности имеет решающее значение. Устранение неисправности может потребовать проверки квалифицированным специалистом, чтобы гарантировать безопасную работу без опасности возгорания и поражения электрическим током.

Статья 240 Национального электротехнического кодекса (NEC) содержит требования к выбору и установке устройств защиты от перегрузки по току (OCPD) в зависимости от вашего приложения.

Устройство защиты от сверхтоков: предохранители и автоматические выключатели

Устройства защиты от перегрузки по току должны обеспечивать защиту сервисных, фидовых и параллельных цепей и оборудования.Это должно выполняться во всем диапазоне сверхтоков от номинального тока до отключающей способности.

Устройства максимальной токовой защиты для обслуживания, фидера и параллельной цепи поставляются с номиналом цепи прерывания тока короткого замыкания с отметкой AIC. Рейтинг AIC должен соответствовать предполагаемому использованию, но не менее 5000 ампер.

Устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели, имеют временные / токовые характеристики (TCC), которые определяют время, необходимое для устранения повреждения при заданном значении тока повреждения.Если цепь не разомкнуть, чрезмерный ток приведет к перегреву изоляции провода, ожогу проводов и, возможно, к возгоранию электрического тока.

Предохранители

Предохранители бывают разных типов и размеров в зависимости от области применения; предохранители одноразовые OCPD. Обычно считается, что они в шесть раз быстрее реагируют на неисправность автоматического выключателя, хотя он должен быть заменен после того, как произойдет перегрузка по току (неисправность или перегрузка).

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели, как и предохранители, предназначены для обнаружения чрезмерного тока и реагирования на него.Эта реакция известна как «отключение», что означает размыкание цепи из-за перегрузки по току. Автоматические выключатели восстанавливаются после перегрузки по току (неисправности или перегрузки).

Правильный выбор OCPD основан на устройстве, наиболее близком к неисправности, которое начинает работать до следующего устройства в восходящем направлении. Например, любая неисправность в ответвленной цепи должна размыкать автоматический выключатель ответвления, а не максимальную токовую защиту фидера.

Чтобы узнать больше о функциях и характеристиках устройств защиты от сверхтоков, а также других электрических устройств и о том, как решать проблемы, связанные с ними, ознакомьтесь с курсом SkillMill ™ Electrical Devices.

Чад Суси

Interplay Learning Электротехнический эксперт

Чад — специалист по электрике Interplay и старший электрик. На протяжении всей своей карьеры Чад продвигался в качестве специалиста-электрика, с самого начала занимаясь ремонтом / электромонтажом домов на предприятиях обеспечения качества / вводом в эксплуатацию, попутно оттачивая свои навыки во всех аспектах торговли электроэнергией. Он перешел в свою карьеру через жилые, коммерческие и промышленные объекты, а в 2012 году расширил свою миссию и стал обучаться на протяжении всей жизни, став инструктором по электрике.Он продолжил свой путь в качестве разработчика онлайн-курсов и твердо привержен принципам электробезопасности и здравым теориям обучения взрослых.

Защита от перегрузки по току и NEC

Основная цель защиты от сверхтоков — защита проводников и оборудования от воздействия чрезмерной температуры на проводники и изоляция проводов от сверхтока.

Вот некоторые из проблем, с которыми мы, возможно, не до конца знакомы:

• Какие устройства подходят для максимальной токовой защиты ответвлений и фидеров?
• Согласование номинальных характеристик устройства с системным напряжением
• Применение на 80 процентов по сравнению со 100 процентами текущего рейтинга
• Разница между номиналом отключения и номиналом тока короткого замыкания

Основы максимальной токовой защиты

Фото 1

Рисунок 1.Незаземленная система на рисунке 1 является примером прямой номинальной системы.

Понимание основ условий перегрузки по току и цели максимальной токовой защиты заложит основу для нашего обсуждения. Статья 100 Национального электротехнического кодекса (NEC) определяет сверхток как:

«» Любой ток, превышающий номинальный ток оборудования или допустимую нагрузку проводника. Это может быть результатом перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю.

FPN: Ток, превышающий номинальный, может поддерживаться определенным оборудованием и проводниками при заданном наборе условий.Поэтому правила для максимальной токовой защиты специфичны для конкретных ситуаций ».

Назначение максимальной токовой защиты можно найти в FPN NEC 240.1, в котором говорится:

«Защита от перегрузки по току для проводов и оборудования предназначена для размыкания цепи, если ток достигает значения, которое вызовет чрезмерную или опасную температуру в проводниках или изоляции проводов. См. Также 110.9 для требований к отключающим характеристикам и 110.10 для требований к защите от токов короткого замыкания.”

NEC признает две категории устройств устройствами защиты от перегрузки по току (OCPD): автоматические выключатели и предохранители. Эти устройства имеют средства для определения значений перегрузки по току и «прерывания» тока в соответствии с время-токовой характеристикой при обнаружении перегрузки по току. В стандартах NEC 110-9 и 110-10 уточняется, что устройства должны иметь характеристики отключения, которые позволят им прерывать ток короткого замыкания при номинальном напряжении цепи, которое может быть доступно на линейных клеммах оборудования, содержащего автоматический выключатель или предохранители.

Основные точки максимальной токовой защиты:

• OCPD — это предохранители или автоматические выключатели.
OCPD
• защищают провода и их изоляцию от перегрева.
OCPD
• защищают от перегрузки, короткого замыкания и замыкания на землю.
OCPD
• должны иметь отключающую способность, достаточную для предполагаемого тока короткого замыкания при номинальном напряжении.

Номинальное напряжение

Соответствующее номинальное напряжение OCPD необходимо для прерывания цепи.Чтобы понять номинальное напряжение, важно понимать «прямые» рейтинги и «косые» рейтинги.

Рис. 2. Система с глухим заземлением на рис. 2 является примером системы с рейтингом косой черты

и напряжения, применяемые в США, подробно описаны в главе 3 Красной книги IEEE1. Прямое значение, выраженное как 240 или 480 В, будет означать, что система работает без линейного напряжения, превышающего номинальное значение, и без разрыва цепи для заземления.Незаземленная система на рисунке 1 является примером прямой номинальной системы. В рейтинге с косой чертой, выраженном как 120/240 В или 480Y / 277 В, большее число означает наибольшее линейное напряжение, а меньшее число — наибольшее напряжение любого проводника относительно земли. Система с глухим заземлением, показанная на рисунке 2, является примером системы с рейтингом косой черты.

Номинальное напряжение предохранителя

имеют ряд номиналов напряжения, включая 125, 250, 300 и 600 В переменного тока. Их однополюсная природа обычно делает очевидным применение номинального напряжения.Однако трехфазные приложения могут быть не такими очевидными.

NEC 240.60 (A) предусматривает требование для предохранителей на 300 В. В нем говорится: «Патронные предохранители и держатели предохранителей 300-вольтного типа разрешается использовать в следующих цепях:

1. Цепи между проводниками напряжением не более 300 В

2. Однофазные цепи между фазой и нейтралью, питаемые от трехфазного, 4-проводного источника с глухозаземленной нейтралью, в котором напряжение между фазой и нейтралью не превышает 300 вольт.

Это требование исключает использование предохранителей на 300 В в 3-фазных, 4-проводных цепях с номиналом 480Y / 277 В. Поскольку напряжение от линейно-нейтрали в этих цепях составляет 277 В, может показаться целесообразным использование предохранителей на 300 В. Однако прерывание является трехфазным, и предохранители срабатывают независимо. Когда один предохранитель начинает гореть, он создает высокое сопротивление в фазе, в которой он установлен, и приводит к очень несбалансированному току и напряжению. В этих условиях напряжение на полюсе может значительно превышать 300 В, и прерывание может быть неудачным.Для этого случая требуется предохранитель с номиналом не менее 480 В, который обычно представляет собой предохранитель на 600 В.

NEC 240.61 поясняет, что предохранители могут использоваться при напряжениях ниже их номинальных. Предохранитель на 600 В может использоваться в системе на 480 В.

Номинальное напряжение автоматического выключателя

NEC 240.85 поясняет, что автоматический выключатель с прямым номиналом может применяться, если «номинальное напряжение между любыми двумя проводниками не превышает номинальное напряжение автоматического выключателя». Например, автоматический выключатель на 480 В подходит для использования в системах, показанных на рисунке 1 или 2, где линейное напряжение не превышает 480 В.

В том же разделе NEC также разъясняется применение автоматических выключателей с косой чертой.

«Автоматический выключатель с номинальной косой чертой, такой как 120/240 В или 480 Y / 277 В, должен быть разрешен для применения в цепи с глухим заземлением, где номинальное напряжение любого проводника относительно земли не превышает нижнего из двух значений. значения номинального напряжения автоматического выключателя и номинальное напряжение между любыми двумя проводниками не превышает более высокое значение номинального напряжения автоматического выключателя.”

Фото 2

Эти номинальные значения косой черты не подходят для использования в незаземленной системе (рисунок 1) или в системе, заземленной через полное сопротивление (рисунок 3). Они также не подходят для использования в системе, в которой напряжение относительно земли больше, чем меньшее число, такое как было бы в случае системы треугольником с заземленной вершиной, рисунок 4.

Тем не менее, автоматический выключатель с номиналом 480Y / 277V будет подходить для использования в 240-вольтной незаземленной или заземленной через сопротивление системе, поскольку линейное напряжение ниже, чем нижнее число в рейтинге с косой чертой.

NEC 240.85 FPN

В NEC 240.85 было добавлено новое примечание мелким шрифтом, указывающее, что для других систем, кроме глухозаземленных WYE-систем, и особенно для систем с заземленным треугольником, при применении автоматических выключателей будет учитываться однополюсная отключающая способность. Это означает, что испытание отдельных полюсов автоматических выключателей в литом корпусе (MCCB) может быть неадекватным для некоторых систем с заземленным треугольником треугольником. Все автоматические выключатели проходят испытания на отключение отдельных полюсов в соответствии с отраслевым стандартом UL 489, стандартом безопасности для автоматических выключателей в литом корпусе, переключателей в литом корпусе и кожухов автоматических выключателей.Однако испытание отдельных полюсов имеет более низкое значение, чем номинальное значение отключения для большинства автоматических выключателей. Эти более низкие значения испытаний подходят для большинства электрических систем. Новый FPN сообщает, что системы с заземленным углом имеют уникальное условие, когда замыкание на землю происходит при полном линейном напряжении и может составлять до 87 процентов от доступного тока трехфазного замыкания. Авторы рекомендуют, чтобы автоматические выключатели, используемые в системах с заземленным углом, были рассчитаны специально для этого приложения.

Рисунок 3.Система WYE с заземлением через полное сопротивление

Чтобы быть полными по этому вопросу, мы должны упомянуть возможное условие для систем с заземлением по сопротивлению или без заземления. Когда несколько замыканий на землю происходят одновременно на разных фазах, одно на стороне питания и одно на стороне нагрузки MCCB, они теоретически могут вызвать короткое замыкание на одном полюсе автоматического выключателя при напряжении, близком к линейному. Однако вероятность возникновения этой неисправности очень мала, а вероятность того, что она будет выше уровня неисправности, на который тестируется MCCB, еще ниже.Автоматические выключатели обеспечивают хорошую защиту в этих системах на протяжении десятилетий. Быстрое устранение первой неисправности — залог безопасной работы в любом случае.

Текущий рейтинг

предназначены для защиты проводников или их изоляции от чрезмерных температур. Важно, чтобы номинальный ток OCPD соответствовал размеру проводника. Ток, протекающий по проводнику, имеющему сопротивление, выделяет тепло; уменьшение размера проводника по сравнению с указанным в соответствующем столбце таблицы 310-16 NEC подвергнет проводник риску теплового повреждения.

Отводы и фидерные цепи

Для ответвленных цепей NEC 210.19 устанавливает правила выбора размеров проводников. Общее правило состоит в том, что проводники должны иметь допустимую нагрузку не менее, чем при прерывистой нагрузке плюс 125 процентов от продолжительной нагрузки. Соответствующее правило для максимальной токовой защиты приведено в NEC 210.20 (A). В нем указано, что рейтинг OCPD должен быть не меньше, чем периодическая нагрузка плюс 125 процентов от продолжительной нагрузки. Согласно определению в статье 100, непрерывная нагрузка означает, что она продолжается в течение 3 часов или более.Подобные правила для фидеров появляются в NEC 215.2 и 215.3. Два пункта очевидны:

• Допустимая нагрузка проводников соответствует номиналу OCPD по тому же правилу.
OCPD
• рассчитаны на 125 процентов постоянного тока, что означает, что они должны постоянно пропускать 80 процентов номинального тока.

Устройства с номиналом 100%

NEC 210.19, 210.20, 215.2, 215.3 и 230.42 допускают, чтобы проводники и защита от перегрузки по току были рассчитаны на 100 процентов, а не на 125 процентов постоянного тока, «где узел, включая устройства максимального тока, защищающие [цепь], указан для работы на 100 процентов своего рейтинга.«Важным фактором является то, что сборка, то есть распределительный щит, щит или подобное оборудование, внесена в список для работы на 100 процентов от своего номинала, а также OCPD. Дополнительный ток вызовет дополнительное тепло. Если сборка не указана для этого применения, температура проводников и изоляции может легко стать чрезмерной.

Фото 3

Поскольку с этим номиналом часто наблюдаются более высокие температуры, в списке может потребоваться использование проводов с номиналом 90 ° C, но с размерами в соответствии с правилами допустимой токовой нагрузки 75 ° C.Автоматический выключатель будет иметь соответствующую маркировку, если требуются проводники под углом 90 ° (класс изоляции), точно так же, как он будет специально отмечен для использования на 100% от его номинала.

Как применяются автоматические выключатели со 100-процентным номиналом по сравнению со стандартными автоматическими выключателями?

Для ответвления рассчитайте нагрузку, как указано в статье 210 NEC. Выберите размер проводника, как указано в NEC 210.19. Затем определите максимальную токовую защиту в соответствии с NEC 210.20.

Представьте себе цепь с прерывистой нагрузкой 300 А и продолжительной нагрузкой 50 А.Проводники должны быть рассчитаны на 363 А на 210,19 (А), если будет использоваться стандартное устройство защиты от сверхтоков. Выбраны два медных проводника 3/0 AWG. В соответствии с NEC 210.20 выбирается MCCB на 400 А.

Если используется автоматический выключатель со 100-процентным номиналом, размер проводов рассчитывается на 350 А, и выбираются два медных проводника 2/0 AWG. В соответствии с 210-20 выбирается MCCB на 350 А, номинальный ток 100%. 100-процентный MCCB может иметь маркировку, требующую, чтобы проводники 2/0 AWG были рассчитаны на 90 ° C (номинальная изоляция 90 ° C и размер указан в столбце 75 ° C в таблице 310.16)

100-процентный рейтинг не применяется, когда автоматический выключатель используется для защиты цепи двигателя в соответствии со статьей 430 NEC.

Проводников

Отсутствует положение об использовании строительного провода или кабеля с номинальной температурой 90 ° C с допустимой токовой нагрузкой 90 ° C для распределительного или управляющего оборудования, в котором используются OCPD. Это условие также относится к автоматическим выключателям и держателям предохранителей. Этот вопрос возникает часто. Некоторые соединители имеют маркировку, подходящую для проводов 90 ° C, но это не означает, что оборудование, на котором они используются, подходит для проводов 90 ° C при допустимой нагрузке 90 ° C.

Общее правило изложено в NEC 110.14 (C). Для оборудования, указанного в стандартах UL, эта информация повторяется в Общей информации по электрическому оборудованию Underwriters Laboratories в соответствии с категорией руководства AALZ. Если на устройстве не указано иное, пространство для проводки и допустимая нагрузка по току основаны на использовании провода 60 ° C, если используются провода сечением № 14-1 AWG, и провода 75 ° C, если размер провода № 1 / 0 AWG и больше. Если оборудование, обычно предназначенное для подключения с помощью проводов в диапазоне 14–1 AWG, имеет маркировку «75C» или «60 / 75C», предполагается, что изолированный провод 75 ° C может использоваться при полной токовой нагрузке 75 ° C.Маркировка температуры 75 ° C или 90 ° C на клемме (например, AL7, CU7AL, AL7CU или AL9, CU9AL, AL9CU) сама по себе не означает, что можно использовать изолированный провод 75 ° C или 90 ° C, если только оборудование в клеммы, на которые устанавливаются клеммы, имеют маркировку 75 ° C или 90 ° C при этой допустимой нагрузке.

Рейтинг прерывания

Рис. 4. Система треугольника с заземлением в угол

Каждому предохранителю и автоматическому выключателю присваивается отключающая способность. Он состоит из максимального тока и напряжения, на которое рассчитано устройство для прерывания цепи.Некоторые устройства имеют несколько номиналов прерывания, например 14 000 ампер при 600 вольт и 25 000 ампер при 480 вольт. Эти номинальные значения прерывания будут отмечены, если они не являются самыми низкими допустимыми значениями, которые составляют 10 000 ампер для патронных предохранителей или 5000 ампер для автоматических выключателей при номинальном напряжении устройства.

Класс отключения важен для того, чтобы знать, что устройство способно защитить проводники и само себя в случае короткого замыкания или замыкания на землю.NEC 110-10 также требует, чтобы OCPD «устранял неисправность… без значительного повреждения электрических компонентов схемы». Это не означает, что все компоненты цепи должны быть пригодны для дальнейшей эксплуатации. Однако это означает, что после устранения короткого замыкания в цепь можно снова включить напряжение, не создавая непосредственной опасности. Перед повторным вводом в эксплуатацию после короткого замыкания все проводники и компоненты на пути короткого замыкания должны быть проверены на предмет возможного повреждения.Перед повторным использованием цепи необходимо произвести ремонт и замену.

, перечисленные в соответствии с отраслевыми стандартами, подходят для использования там, где на линейных выводах оборудования присутствует потенциальный ток короткого замыкания с номиналом прерывания, как указано в NEC 110.10. Термин «отключающая способность» означает, что они подходят для прерывания состояния перегрузки по току и отключения цепи.

Оборудование в системах распределения и управления будет иметь номинальный ток короткого замыкания (SCCR).Оборудование распределения и управления будет определять OCPD и номинальный ток короткого замыкания, связанный с каждым устройством. Окончательный рейтинг установленного оборудования, как правило, определяется OCPD с самым низким рейтингом или комбинацией устройств (комбинация серий), используемых с оборудованием.

Сводка

Защита от перегрузки по току зависит от правильного согласования номинального напряжения OCPD с номинальным напряжением системы, соответствия номинального тока расчетной нагрузке и проводникам и согласования номинального тока отключения с имеющимся током короткого замыкания при системном напряжении.Отмеченные рейтинги перечисленного оборудования будут поддерживать безопасное применение до тех пор, пока система понятна.

1 Стандарт IEEE 141-1993, Рекомендуемая практика распределения электроэнергии на промышленных предприятиях (Красная книга), Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, Нью-Йорк

Выбор подходящих устройств защиты от сверхтоков

Электрические распределительные системы могут быть сложными, и ни одна из них не является идеальной. Случайное повреждение оборудования, неблагоприятные условия окружающей среды, износ оборудования и многие другие факторы могут способствовать возникновению сверхтоков.Чтобы избежать дорогостоящих повреждений и серьезных угроз безопасности, важно установить надлежащие устройства защиты от перегрузки по току (OCPD). Для выбора подходящего OCPD необходимо знать номинальное напряжение устройства и правильно согласовать его с номинальным напряжением системы.

Что такое перегрузка по току?

Существует два разных типа сверхтоков: токи перегрузки и токи короткого замыкания. При токе перегрузки ток чрезмерен по сравнению со стандартным рабочим током и изолирован от нормального токопроводящего пути распределительной системы.Ток короткого замыкания — это ток, который выходит за пределы стандартного проводящего пути. Многие OCPD предназначены для работы с обоими типами токов.

Типы устройств защиты от сверхтоков

Для защиты оборудования и цепей от перегрузки по току можно использовать много различных типов OCPD. К наиболее распространенным типам относятся предохранители и автоматические выключатели. Оба прерывают прохождение тока, но делают это по-разному:

Предохранители

A содержит металлический провод, который плавится при прохождении через него чрезмерного тока, эффективно прерывая ток и предотвращая дальнейшее повреждение системы.Предохранители бывают разных номиналов по току и напряжению, и их необходимо заменять при перегорании.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели могут быть разных типов и размеров, но общие характеристики одинаковы. Когда автоматический выключатель обнаруживает состояние неисправности, расцепитель в автоматическом выключателе размыкает свои контакты, чтобы прервать ток. Эти контакты должны избегать чрезмерного нагрева при прохождении тока нагрузки. Когда электрический ток прерывается, возникает дуга, которая должна сдерживаться, чтобы пространство между контактами могло снова выдерживать напряжение, протекающее по цепи.Хотя предохранители необходимо заменить, автоматические выключатели можно сбросить и использовать снова.

Ампер, напряжение и номинальное значение прерывания

Чрезвычайно важно знать различные номиналы устройств защиты от перегрузки по току, чтобы можно было выбрать правильный номинал и устройство работало. Три типа номиналов включают в себя ток, напряжение и отключающую способность.

Номинальный ток

Все предохранители имеют номинальный ток, который выбирается в зависимости от типа нагрузки и определенных требований норм.В большинстве случаев номинальный ток предохранителя не должен превышать допустимую нагрузку цепи по току.

Номинальное напряжение

Для того, чтобы устройство работало, номинальное напряжение OCPD должно быть равно или превышать напряжение системы; в противном случае устройство может самоуничтожиться. Два типа номинального напряжения устройства защиты от перегрузки по току включают в себя прямое напряжение и кратное напряжение. Несмотря на то, что все предохранители рассчитаны на прямое напряжение, некоторые устройства рассчитаны на минимальное напряжение (например, некоторые автоматические выключатели в литом корпусе) и требуют дополнительной оценки при использовании.

Рейтинг прерывания

Рейтинг прерывания — это рейтинг, который определяет величину тока, которую OCPD может выдерживать без потери своей целостности. Если устройство не может выдержать ток короткого замыкания, он может взорваться и вызвать повреждение или травму. Таким образом, важно, чтобы электротехники использовали OCPD с номиналом отключения, достаточным для всех текущих уровней неисправностей.

Установка и тестирование

Чтобы установить надлежащее устройство защиты от сверхтока в правильном месте, электротехники должны соблюдать статью 240 Национального электротехнического кодекса (NEC).В этой статье NEC заявляет, что все проводники (кроме гибких шнуров, гибких кабелей и крепежных проводов) должны быть защищены OCPD в соответствии с их номинальным током, который специально указан в статье 301.15, если иное не разрешено или не требуется в Статья 240.4 AG. В зависимости от установки могут применяться и другие статьи.

Обслуживание OCPD также является важной частью надлежащей защиты цепи. Электрики должны обратить внимание на NFPA 70B, который определяет тестирование и обслуживание OCPD для обеспечения надежности и безопасности.

Защита от перегрузки по току — ключ к общей электробезопасности

Выбор подходящего устройства защиты от перегрузки по току (OCPD) для конкретной цепи является фундаментальным требованием в любой электрической системе. Помимо защиты проводников и изоляции проводов, OCPD также защищают остальную часть системы, изолируя электрическую неисправность.

Если не устранить перегрузку по току, это может создать серьезную угрозу безопасности и привести к дорогостоящему повреждению электрического оборудования и имущества.Чтобы соответствовать требованиям NEC и местным электротехническим нормам и выбирать правильное защитное устройство, электромонтажники должны иметь правильную сверхзащиту и понимать рейтинги OCPD.

Консультации — Специалист по спецификациям | Понимание максимальной токовой защиты

Стивен Эйч, PE, CDT, REP, LEED AP; Дизайн экологических систем, Чикаго 17 августа 2017 г.

Цели обучения

• Поймите три типа условий перегрузки по току, которые следует учитывать в типичных приложениях NFPA 70: National Electrical Code.
• Узнайте, как защитить электрическую цепь от опасных перегрузок и коротких замыканий.
• Пересмотреть защиту от перегрузки по току для определенных типов строительного оборудования.

Защита от перегрузки по току кажется простой концепцией: ограничьте ток в цепи до безопасного значения. Электротехники ежедневно сталкиваются с этой задачей.

Но это еще не все. Как ограничить текущий поток? Что такое безопасная ценность? Ответы зависят от приложения, защищаемого оборудования и мощности источника.

К счастью, NFPA 70: National Electric Code (NEC) устанавливает требования для большинства приложений, с которыми инженеры-электрики и дизайнеры сталкиваются в своей работе. Хотя на первый взгляд требования NEC могут показаться непростыми, за правилами кодекса защиты от перегрузки по току есть веские доводы. Защита от перегрузки по току (OCP) защищает цепь от повреждения из-за перегрузки по току. В типичных приложениях NEC следует учитывать три типа условий перегрузки по току:

Перегрузка: NEC 2017 определяет перегрузку как работу оборудования, превышающего нормальную номинальную полную нагрузку, или проводника, превышающего номинальную допустимую нагрузку, которая, если она сохраняется в течение достаточного периода времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев.Неисправность, такая как короткое замыкание или замыкание на землю, не является перегрузкой.

Условия перегрузки обычно не так критичны по времени, как короткое замыкание и замыкание на землю. Электрооборудование обычно может выдерживать некоторый уровень тока нагрузки сверх его номинального в течение длительного времени. Информация о перегрузочной способности оборудования часто исходит от производителя. Однако к некоторому оборудованию, например к двигателям, трансформаторам и проводам, предъявляются требования по защите от перегрузки, установленные NEC.

Короткое замыкание: Короткое замыкание определяется как протекание тока вне предполагаемого пути прохождения тока.В трехфазной цепи возможны два типа коротких замыканий: симметричные трехфазные замыкания и несимметричные однофазные замыкания (рисунок 1). Симметричные повреждения приводят к одинаковому протеканию тока в каждой фазе во время состояния повреждения. Несимметричные КЗ имеют разные токи КЗ в каждой фазе. Симметричные трехфазные неисправности возникают редко, но их анализ полезен для понимания реакции системы на неисправность и обычно приводит к наихудшим уровням неисправности. Несимметричные замыкания встречаются чаще и обычно приводят к меньшему току замыкания, чем симметричное трехфазное замыкание.

Замыкание на землю: Замыкание на землю — это особый тип короткого замыкания, в котором по крайней мере один из фазных проводов встречается с заземленным проводом или поверхностью. Замыкания на землю включают в себя одиночное замыкание линии на землю и множественные замыкания линии на землю (рисунок 1). Одиночное замыкание линии на землю является наиболее распространенным типом короткого замыкания.

Различные типы неисправностей показаны на рисунке 1, чтобы проиллюстрировать концепцию максимальной токовой защиты.

Что происходит при перегрузке или неисправности? На рисунке 2 изображена простая однофазная схема, работающая в нормальной конфигурации.В этом случае ток нагрузки составляет 10 ампер. Схема защищена автоматическим выключателем на 15 А. Автоматический выключатель не размыкается; ток нагрузки протекает, и проводники не перегреваются.

На рисунке 3 показан результат состояния перегрузки. В перегруженной цепи ток нагрузки составляет около 20 ампер. Автоматический выключатель позволит перегрузке сохраняться в течение примерно 2,5 минут перед размыканием цепи. Проводники начнут нагреваться, но не будут повреждены.

На рис. 4 показан результат короткого замыкания. Ток повреждения составляет приблизительно 10 000 ампер. Автоматический выключатель пропускает ток короткого замыкания только на короткое время. Если ток короткого замыкания не исчезнет, ​​изоляция расплавится, а сами проводники будут повреждены.

На рисунке 5 показано состояние замыкания на землю. В этом примере путь замыкания на землю добавляет сопротивление примерно 0,012 Ом параллельно сопротивлению нагрузки, что приводит к гораздо более низкому сопротивлению цепи.Ток повреждения составляет примерно 5000 ампер. Как и в случае с коротким замыканием, автоматический выключатель пропускает ток короткого замыкания только на короткое время. Опять же, если ток короткого замыкания сохраняется, изоляция расплавляется, и проводники в конечном итоге будут повреждены.

Как защитить цепь от опасных перегрузок и коротких замыканий

Требования к максимальной токовой защите оборудования можно найти в статье NEC, посвященной этому конкретному оборудованию.Таблица 240.3 NEC содержит список применимых разделов. Разделы, относящиеся к оборудованию, обычно используемому в коммерческих зданиях, включают:

• 230 Услуги
• 368 Автобусных маршрутов
• 406 Емкости
• 410 Светильники
• 422 Приборы
• 427 Стационарный электрообогрев трубопроводов и сосудов
• 430 Двигатели, электрические цепи и контроллеры
• 440 Кондиционирование и холодильное оборудование
• 445 Генераторы
• 450 Трансформаторы и трансформаторные ячейки
• 460 Конденсаторы
• 517 ЛПУ
• 620 Лифты
• 660 Рентгеновское оборудование
• 695 Насосы пожарные
• 700 Аварийные системы.

Общие требования к максимальной токовой защите проводников приведены в Разделе 240.4 «Защита проводников». Основным правилом защиты проводников от сверхтоков — кроме использования гибких шнуров, гибких кабелей и крепежных проводов — является защита проводника в соответствии с допустимыми токовыми нагрузками, указанными в Разделе 310.15. Статья 310 устанавливает общие требования к проводам, изоляции, маркировке, механической прочности и допустимой нагрузке.

Несколько статей, применимых к коммерческим зданиям, изменяют общее правило NEC для защиты от сверхтоков, как указано ниже:

• 240.4 (A) Опасность потери мощности. Если прерывание цепи из-за состояния перегрузки может создать опасность — например, отключение защиты пожарного насоса от перегрузки не требуется. Требуется защита от короткого замыкания.
• 240,4 (B) Устройства максимального тока номиналом 800 ампер или меньше. В этом разделе разрешено использование устройства максимальной токовой защиты следующего более высокого стандарта (при условии, что номинальное значение не превышает 800 ампер), при условии, что проводники, которые оно защищает, не используются для питания ответвленной цепи с более чем одной розеткой для штепсельного подключения. нагрузки и допустимая нагрузка на проводник не соответствуют стандартному номинальному току.Если устройство защиты от сверхтоков регулируется, оно должно быть отрегулировано на значение, равное или меньшее допустимой токовой нагрузки проводника.
• 240,4 (E) Отводы. Общее правило NEC требует, чтобы OCP располагался перед защищаемым проводником. Однако существуют специальные правила, позволяющие размещать OCP в других местах цепи при соблюдении всех условий NEC. Например, для бытовых плит и кухонных приборов, электропроводки, шинопроводов и двигателей действуют особые правила, разрешающие использование кранов.
• 240,4 (F) Вторичные проводники трансформатора. NEC, за исключением двух особых условий, включающих двухпроводную, однофазную и трехпроводную схему «треугольник-треугольник», требует, чтобы вторичные проводники трансформатора были защищены вторичной OCP.
• 240,4 (G) Максимальная токовая защита для специальных проводников. Требования NEC для защиты от перегрузки по току для конкретных приложений можно найти в разделах, кроме 240. Например, требования к оборудованию для кондиционирования воздуха и холодильному оборудованию можно найти в статье 440, части III и VI.Требования OCP к проводнику цепи конденсатора приведены в Разделе 460. Требования к максимальной токовой защите двигателей и проводов управления двигателями содержатся в частях II, III, IV, V, VI и VII статьи 430.

Выбор рейтингов OCP.

В следующих примерах номинальное значение срабатывания OCP будет определяться вместе с допустимой токовой нагрузкой проводов, используемых в цепи. Номинальный ток короткого замыкания и отключающая способность также должны определяться на основе имеющегося тока короткого замыкания в цепи.Расчет доступного тока короткого замыкания выходит за рамки этого обсуждения.

Ответвительные цепи. Требования к максимальной токовой защите параллельной цепи приведены в Разделе 210.20. Общее требование состоит в том, чтобы рассчитать ОСР не менее чем на 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки. Согласно определению NEC, непрерывная нагрузка — это нагрузка, при которой ожидается, что максимальный ток будет продолжаться в течение 3 часов или более.

Например, рассмотрим однофазную цепь 120 В, питающую осветительную нагрузку открытого офиса (непрерывную) в 1000 ВА, и нагрузку конденсатного насоса небольшого холодильного агрегата (непостоянную) в 100 ВА.Нагрузка схемы для определения размеров OCP составляет:

Расчетная нагрузка OCP = 1,25 x 1000 ВА + 1,00 x 100 ВА

Расчетный ток OCP = 1350 ВА / 120 В

Следующий по величине стандарт OCP (см. Таблицу 240,6 (A)) составляет 15 ампер.

Теперь выберите провод в соответствии с разделами 210.19 (A) и 310.15. Раздел 210.19 (A) требует, чтобы размер проводника был таким же, как у OCP — не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки.В приведенном выше примере проводники цепи (медный термостойкий термопласт (THHN [A1] [A2])) проложены через офисную среду в кабелепроводе, содержащем шесть токопроводящих проводов. Ссылаясь на Таблицу 310.15 (B) (16), минимальный допустимый размер проводника составляет # 14. Несмотря на то, что в этом примере используется медный провод THHN, рассчитанный на 90 ° C, столбик 60 ° C должен использоваться в соответствии с требованиями Раздела 110.14 (C) (1) (a). В этом разделе требуется использовать столбец 60 ° C в таблице 310.15 (B) (16), поскольку предполагается, что выводы для оборудования с номинальным током 100 А или менее рассчитаны на 60 ° C, если не указано и не указано иное.Кроме того, Раздел 240.4 (D) «Малые проводники» требует, чтобы OCP для провода №14 был рассчитан на 15 ампер.

Общее правило выбора допустимой токовой нагрузки NEC можно найти в Разделе 310.15, который ссылается на таблицы в Разделе 310.15 (B). Раздел 310.15 содержит ограничивающие факторы, которые должны применяться к значениям таблицы допустимой нагрузки при определении допустимой нагрузки для ваших конкретных проектных условий. Среди факторов, которые следует учитывать, два наиболее часто встречающихся фактора, или отклонения от номинальных характеристик, — это температура окружающей среды и количество проводников в кабелепроводе.Просматривая таблицы в 310.15 (B), обратите внимание, что некоторые таблицы основаны на температуре окружающей среды 30 ° C, а другие основаны на температуре 40 ° C.

Поправочные коэффициенты температуры окружающей среды для таблиц 30 ° C приведены в таблице 310.15 (B) (2) (a). Поправочные коэффициенты температуры окружающей среды для таблиц 40 ° C приведены в таблице 310.15 (B) (2) (b). Поправки на количество токоведущих проводов в кабельной дорожке приведены в Таблице 310.15 (B) (3) (a). Есть некоторые условия, при которых коэффициенты снижения не применяются, как показано в 310.С 15 (B) (3) (a) (2) по (4). Например, коэффициенты снижения номинальных характеристик не применяются к типам кабелей с армированным (AC) и с металлической оболочкой (MC) при условии, что кабели не имеют общей оболочки, каждый кабель имеет не более трех токоведущих проводников, проводников # 2 AWG и не более 20 токоведущих проводов устанавливают без соблюдения зазора.

В этом примере провода проложены через офисную среду, где ожидается, что максимальная температура составит 85 ° F в периоды, когда системы охлаждения выключены.В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 85 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C равен 1,0, поэтому регулировка допустимой нагрузки не требуется.

Затем необходимо учесть снижение номинальных характеристик количества проводников в кабелепроводе. В нашем примере в кабелепроводе проложено шесть токоведущих проводов. Таблица 310.15 (B) (3) (a) используется для определения соответствующего коэффициента снижения мощности.Для четырех-шести проводников в дорожке качения коэффициент снижения номинальных характеристик составляет 80%. Количество жил

# 14, медь THHN, допустимая нагрузка = 25 ампер x 0,8

Как обсуждалось выше, в этом примере для провода №14 должна использоваться допустимая токовая нагрузка при 60 ° C, равная 15 амперам, несмотря на рассчитанную более высокую допустимую токовую нагрузку.

Фидерные цепи. Требования к максимальной токовой защите фидера приведены в Разделе 215.3 и аналогичны требованиям для параллельных цепей. Как и в случае с параллельными цепями, общее требование состоит в том, чтобы размер OCP составлял не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки.

Рассмотрим трехфазный фидер на 208 В, питающий щит с прерывистой нагрузкой 10 кВА и продолжительной нагрузкой 30 кВА. Нагрузка схемы для определения размеров OCP составляет:

Калибровочная нагрузка OCP

= 1,25 x 30 000 ВА + 1,00 x 10 000 ВА

= 47 500 ВА

Расчетный ток OCP

= 47 500 ВА / (1,73 x 208 В)

= 132 ампер

Следующий по величине стандарт OCP (см. Таблицу 240,6 (A)) составляет 150 ампер.

Затем выберите проводник в соответствии с разделами 215.2 и 310.15. Раздел 215.2 требует, чтобы размер проводника был таким же, как у OCP — не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки. В этом примере проводники цепи (медь THHN) проложены через котельную, где температура не превышает 120 ° F. В трубопроводе будет три токопроводящих жилы.

Ссылаясь на таблицу 310.15 (B) (16), минимальный размер проводника, разрешенный для номинального тока OCP 150 ампер, составляет # 1/0.Как и в предыдущем примере, выбранный тип провода — медный THHN, рассчитанный на 90 ° C. В этом случае необходимо использовать колонку 75 ° C в соответствии с требованиями Раздела 110.14 (C) (1) (a). В этом разделе требуется использовать столбец 75 ° C в таблице 310.15 (B) (16), поскольку заделки для оборудования с номинальным током 100 А или выше должны быть рассчитаны на 75 ° C, если не указано и не указано иное.

В этом примере провода проложены через котельную, где ожидается, что максимальная температура будет не выше 120 ° F.В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 120 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C составляет 0,82. Таким образом, расчетная допустимая токовая нагрузка для медного провода THHN №1 / 0, используемого в этом примере, составляет:

Температура окружающей среды

# 1/0 медь THHN допустимая нагрузка = 170 ампер x 0,82 = 139,4 ампер

Обратите внимание, что есть исключение из таблицы 310.15 (A) (2), который позволяет использовать более высокую допустимую нагрузку для кабелей с разной емкостью, где более низкая допустимая нагрузка не превышает 10 футов или 10% от общей длины цепи.

Затем необходимо учесть снижение номинальных характеристик количества проводников в кабелепроводе. В приведенном выше примере в кабелепроводе проложены три токоведущих проводника. Поскольку значения амплитуды в таблице 310.15 (B) (3) (a) уже учитывают до трех токоведущих проводников, дальнейшего снижения номинальных характеристик не требуется.

После определения допустимой нагрузки следует также учитывать падение напряжения.Для длинных цепей, возможно, потребуется увеличить размер проводника, чтобы обеспечить минимальные требования к падению напряжения. У NEC есть информационные примечания относительно падения напряжения в ответвленных цепях и фидерах, но это не является правилом кодекса. Однако многие компетентные органы сделали падение напряжения обязательным. Кроме того, энергетические нормы требуют учета падения напряжения.

После применения соответствующих отклонений расчетная допустимая токовая нагрузка провода №1 / 0 будет адекватно защищена выбранным выше OCP на 150 ампер.Следует учитывать рост нагрузки. Расчетные значения нагрузки и кабеля являются минимальными. Обычной практикой является добавление 20% минимального номинала кабеля, которое будет использоваться для увеличения нагрузки в будущем.

Требования к защите цепей электродвигателей

Требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя начинаются с Таблицы 240.4 (G) «Особые области применения проводов». Таблица 240.4 (G) требует, чтобы Статья 430 использовалась для выбора максимальной токовой защиты цепи двигателя.Требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя отличаются от требований к ответвлению и фидеру, что часто приводит к путанице. Для цепей двигателя защита от перегрузки обеспечивается устройством защиты двигателя от перегрузки (см. Статью 430, часть III).

Устройство защиты двигателя от перегрузки обычно представляет собой устройство, расположенное в пускателе двигателя, которое реагирует на ток двигателя и настроено на отключение контроллера двигателя, когда ток двигателя превышает 125% тока, указанного на паспортной табличке, для двигателей с коэффициентом обслуживания 1,15 или 115%. тока, указанного на паспортной табличке, для двигателей без эксплуатационного фактора.OCP, используемый для подачи питания на контроллер двигателя и двигатель, должен обеспечивать защиту цепи двигателя от короткого замыкания и замыкания на землю. Требования к определению максимального номинального значения или уставки для защиты от короткого замыкания в параллельной цепи двигателя и замыкания на землю можно найти в таблице 430.52. Чтобы использовать эту таблицу, вы должны знать тип двигателя, используемого в цепи, и тип OCP, используемый для защиты цепи.

Рассмотрим 3-фазную параллельную цепь двигателя 460 В, подающую питание на двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 100 л.с., защищенный автоматическим выключателем в литом корпусе с обратнозависимой выдержкой времени.Медные проводники цепи THHN прокладываются в зоне с температурой окружающей среды не выше 104 ° F, а количество токонесущих проводов в кабельной канавке равно трем. Для этого примера в Таблице 430.52 разрешен автоматический выключатель с максимальным номиналом в 2,5 раза превышающим ток полной нагрузки двигателя. Ток полной нагрузки двигателя, используемый в этом расчете, — это не ток, указанный на паспортной табличке, а значение тока, указанное в таблице 430.250.

Ток двигателя

= 124 ампер

Макс.рейтинг OCP

= 2.5 x 124 ампер

= 310 ампер

Раздел 430.52 (C) (1) имеет исключение, которое позволяет использовать следующий более высокий стандартный рейтинг. В этом случае максимальный рейтинг OCP составляет 350 ампер. Если пусковой момент двигателя и время для достижения рабочей скорости таковы, что двигатель не запускается, Раздел 430.52 (C) (1), исключение 2 позволяет поднять рейтинг OCP еще выше. В случае автоматического выключателя с обратнозависимой выдержкой времени для двигателя в этом примере исключение (c) позволяет увеличить номинал OCP с 250% до 300%.Однако следующий более высокий рейтинг не применяется к Исключению (c). Рейтинг OCP на 300% выше, чем ток полной нагрузки, составляет 3 x 124 ампера = 372 ампера. Этот рейтинг находится между стандартными значениями от 350 до 400 ампер. В этом примере рейтинг OCP не может быть увеличен выше 350 ампер. Типичной практикой является использование рейтинга OCP ниже максимального, рассчитанного выше. Некоторые производители распределительных устройств предоставляют направляющие в виде логарифмической линейки для помощи в выборе номинальных характеристик цепи двигателя. Также доступны телефонные приложения, которые выполняют ту же функцию, что и линейка для слайдов.Были проверены направляющие для логарифмической линейки трех различных производителей; все они рекомендуют автоматический выключатель номиналом OCP на 200 ампер для следующего примера.

Сила тока в проводе цепи двигателя может быть определена с помощью Статьи 430, Часть II. Раздел 430.22 применяется к этому примеру в том смысле, что это цепь с одним двигателем. Требование к подбору сечения проводов составляет просто 125% от тока полной нагрузки, указанного в таблице 430.50.

Токовая нагрузка проводов цепи двигателя

= 1.25 x 124 ампер

= 155 ампер

Ссылаясь на таблицу 310.15 (B) (16), используя столбец 75 ° C, минимальный допустимый размер провода — # 2/0 с номиналом 175 ампер. Обратите внимание, что максимальный рейтинг OCP составляет 350 ампер, что значительно выше, чем допустимая токовая нагрузка колонки при 90 ° C, равная 195 ампер. Это условие разрешено NEC, поскольку защита от перегрузки обеспечивается устройством защиты от перегрузки в пускателе двигателя, которое настроено на 125% от номинального тока полной нагрузки для эксплуатационного фактора двигателя, равного 1.15. OCP цепи двигателя обеспечивает только защиту от короткого замыкания и замыкания на землю.

В этом примере провода проложены в среде, где ожидается, что максимальная температура будет не выше 104 ° F. В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 104 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C составляет 0,91. Расчетная допустимая токовая нагрузка для медного провода THHN №2 / 0, используемого в этом примере, составляет:

Температура окружающей среды

# 2/0 медь THHN допустимая нагрузка

= 195 ампер x 0.91

= 177,5 ампер

Номинальная допустимая токовая нагрузка проводника, сниженная для температуры окружающей среды, выше, чем указанная в столбце «Токовая нагрузка 75 ° C», поэтому она приемлема для использования в данном примере.

Контуры кондиционирования и холодильного оборудования. Как и в случае с двигателями, требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя начинаются с Таблицы 240.4 (G) «Конкретные применения проводников». Таблица 240.4 (G) требует, чтобы Статья 440 использовалась для выбора максимальной токовой защиты цепи двигателя для оборудования кондиционирования воздуха и холодильного оборудования.

При определении номинальных значений OCP для двигателей используются значения в амперах при полной нагрузке (FLA), указанные в статье 430. Эти значения обычно выше, чем значения FLA, указанные на фактической паспортной табличке двигателя, что приводит к консервативному выбору номинальных значений OCP и проводов. В случае герметичных двигателей-компрессоров значения FLA двигателя, указанные в статье 430, не будут выше фактических значений двигателя из-за охлаждающего эффекта, который хладагент оказывает на обмотки двигателя. Например, 1.Двигатель мощностью 5 л.с., используемый в герметичном компрессоре, может иметь мощность 2 л.с., поскольку тепло отводится от обмоток двигателя, позволяя протекать более высоким токам без превышения номинальной температуры проводника обмотки.

По этой причине производитель должен предоставить данные, относящиеся к используемому оборудованию для кондиционирования воздуха и холодильному оборудованию. В частности, максимальное значение защиты от перегрузки по току (MOP) должно использоваться для определения номинальных характеристик контура кондиционирования воздуха или хладагента.Кроме того, для определения минимального номинала проводника необходимо использовать минимальный ток цепи (MCA). Эти данные находятся на паспортной табличке оборудования, а также могут быть получены от производителя в виде спецификации. Производитель оборудования для кондиционирования воздуха и холодильного оборудования также должен указать, можно ли использовать предохранитель или автоматический выключатель для питания оборудования.

Рассмотрим пример кондиционера с MOP (автоматический выключатель или предохранитель) на 50 ампер и MCA на 31,0 ампер.В этом примере кондиционер питается с помощью медного провода THHN в трубопроводе, содержащем три токоведущих проводника. Блок кондиционирования воздуха находится на открытом воздухе с максимальной температурой окружающей среды 120 ° F.

В этом примере OCP просто равно предоставленному производителем значению MOP в 50 ампер, поскольку 50 ампер является стандартным номинальным значением OCP согласно таблице 240.6 (A). Можно использовать либо автоматический выключатель, либо предохранитель, поскольку производитель указал оборудование с обоими типами устройств OCP.

Сечение провода будет основано на значении MCA, предоставленном производителем, которое в данном случае составляет 31,0 ампер. Используя таблицу 310.15 (B) (16), столбец 75 ° C, минимальный размер провода составляет # 8. Провод №10 имеет достаточную допустимую нагрузку, но согласно разделу 240.4 (D) он должен быть защищен OCP с номиналом 30 ампер или меньше. В этом примере требуется OCP на 50 ампер, поэтому необходимо использовать провод №8. Поскольку в этом примере в кабелепроводе всего три токоведущих проводника, снижение номинальных характеристик для количества проводников не требуется.Максимальную допустимую нагрузку кабеля необходимо скорректировать для температуры окружающей среды 120 ° F. Ссылаясь на Таблицу 310.15 (B) (2) (a), поправочный коэффициент для медного провода THHN с номинальной температурой 90 ° C и максимальной температурой окружающей среды 120 ° F составляет 0,82.

Температурное снижение допустимой нагрузки = 0,82 x 55 А

= 45,1 ампер

Пониженная номинальная температура выше, чем значение MCA в 31,0 А для проводника №8, что является приемлемым для этого примера.

Существует несколько применимых разделов NEC, которые устанавливают требования к выбору OCP и проводников для коммерческих зданий.Некоторые секции NEC модифицированы для всех конкретных установок и оборудования в коммерческих зданиях. Обращая внимание на детали, можно выбрать рейтинг OCP, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу в течение всего срока службы оборудования. [HEAD]

Непрерывные и прерывистые нагрузки

NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC) дает мало указаний относительно постоянных и прерывистых нагрузок и того, почему это важно. Важно различать постоянные и прерывистые нагрузки из-за нагрева.Рассмотрим 25-амперную нагрузку, протекающую по цепи. В непостоянном случае (например, при большом отстойнике) нагрузка может быть активна менее минуты. В случае непрерывной работы (например, чиллер) нагрузка может быть активна в течение 8 часов или дольше. Сравнивая эти два случая, проводники контура чиллера будут иметь более высокую температуру во время работы, чем проводники контура отстойника.

NEC требует более консервативного выбора (125%) в случае непрерывных нагрузок из-за повышенного рассеивания тепла проводниками цепи по сравнению с непостоянными нагрузками.Некоторые примеры непрерывных нагрузок включают офисное освещение, внешнее освещение, оборудование центра обработки данных, стационарные водонагреватели емкостью менее 120 галлонов (450 л; согласно NEC 422.13) и циркуляционные насосы охлажденной / горячей воды. Некоторые примеры непостоянных нагрузок включают устройства для удаления пищевых отходов, насосы для отстойников / сточных вод, приводы гаражных ворот и электрические точилки для карандашей. Не всегда ясно, является ли нагрузка непрерывной или прерывистой. Рассмотрим схему освещения офисной кладовой.Если он спроектирован в соответствии с текущими требованиями энергетического кодекса, он должен иметь датчик незанятости, чтобы автоматически отключать свет, когда люди не обнаруживаются. Это похоже на пример прерывистой цепи. Что делать, если датчик вышел из строя или помещение было временно переоборудовано под офис? Некоторые специалисты по проверке разрешений могут потребовать, чтобы это считалось постоянной нагрузкой. В случаях, когда нагрузка определенно непостоянна, установите схему на 100% нагрузки. Если нагрузка спорна, будьте консервативны и рассчитывайте на длительную нагрузку.

Стивен Эйх — вице-президент и технический директор по электротехнике в компании Environmental Systems Design в Чикаго. Его опыт включает 29 лет проектирования электрических систем для промышленных и коммерческих проектов, включая высотные здания, больницы, школы, театры, музеи, гостиницы, конференц-центры, производственные объекты, водоочистные сооружения и объекты ядерной энергетики.

Функция защиты от перегрузки по току — Информация о защите от перегрузки по току

Рисунок 1 Направленная и ненаправленная защита — это система с одним питанием

Токовая защита

Схемы защиты по току интегрированы в конструкции энергосистем для защиты компонентов энергосистемы от чрезмерного отвода тока и токов короткого замыкания.Чрезмерные токи перегрузки могут возникать на многих различных компонентах энергосистемы, таких как двигатели, вызывая опасность, если не устранены в течение безопасного периода времени.

Токи короткого замыкания — это нежелательные токи, которые возникают в электрических цепях и протекают по путям с низким импедансом (почти нулевым), что создает серьезную опасность.

Существуют различные типы схем защиты по току, такие как максимальная токовая защита, минимальный ток и чередование фаз. Однако максимальная токовая защита также подразделяется на другие категории, такие как ненаправленная максимальная токовая защита, направленная максимальная токовая защита и максимальная токовая защита, зависящая от напряжения.

Защита от перегрузки по току соответствует 19 четко определенным кривым временных характеристик, которые определяют время задержки перед углом срабатывания как функцию тока. Кривые разделены в соответствии со стандартами на IEC и ANSI, и наиболее популярными из этих кривых являются кривая с независимой выдержкой времени (DT), чрезвычайно длинная кривая с обратнозависимым временем (ET), очень длинная кривая с обратнозависимым временем и нормальная кривая с обратнозависимым временем.

Рисунок 2 Характеристики обратнозависимого времени трех различных групп кривых: нормальной обратной, очень обратной и крайне обратной

Ненаправленная максимальная токовая нагрузка

Ненаправленная перегрузка по току — это схема защиты, разработанная для защиты оборудования энергосистемы от сверхтоков и токов короткого замыкания независимо от направления протекания тока.

Функция максимальной токовой защиты использует разные ступени для сигнализации и отключения. Он состоит из трех стадий: низкой, высокой и мгновенной. Ступень низкого уровня — это ступень, когда установка выдает аварийный сигнал, ступень высокого уровня — это ступень, которая обычно используется для отключения перегрузки по току, и, наконец, ступень мгновенного действия — это ступень, используемая для отключения токов короткого замыкания.
В современных реле цифровой защиты каждая ступень имеет свои уникальные настройки, включая выбор кривой временной характеристики.

Направленная максимальная токовая защита

Направленная максимальная токовая перегрузка — это схема защиты, разработанная для работы при желаемом значении перегрузки по току, протекающей в заданном направлении.Он обычно используется в энергосистемах с кольцевой конфигурацией и однополярным питанием для защиты всех фидеров, где направление потока энергии зависит от места повреждения.

Также часто встречается в энергосистемах с трансформаторами параллельного питания.

Рисунок 3 Схема направленной защиты в энергосистеме с двумя параллельно работающими трансформаторами, ток не может возвращаться к трансформаторам со стороны выхода

Максимальная токовая защита, зависящая от напряжения

Максимальная токовая защита, зависящая от напряжения, представляет собой схему защиты, которая очень похожа по работе на ненаправленную максимальную токовую защиту, за исключением того, что пусковой ток зависит от рабочего напряжения.

Другими словами, функция не будет посылать никаких сигналов, даже если установленный ток был достигнут, если только напряжение также не достигнет установленного значения. Максимальная токовая защита, зависящая от напряжения, обычно используется для защиты генератора.

Рисунок 4 Токовая защита срабатывает только тогда, когда напряжение достигает определенного значения, таким образом, зависящего от напряжения

Токовый вывод защиты

Существует несколько функций токовой защиты, однако в этой статье мы сосредоточились на трех наиболее распространенных функциях максимальной токовой защиты, чтобы познакомить читателя с их основными принципами работы.