ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА ПОЖЕЖНА ПРОФІЛАКТИКА В ЕЛЕКТРОУСТАНОВКАХ - 8.4. Апарати захисту електричних мереж від пожежонебезпечних режимів роботи

8.4. Апарати захисту електричних мереж від пожежонебезпечних режимів роботи

Апаратом захисту називається апарат, що автоматично відключає захищуване електричне коло при ненормальних режимах (визначення приведено у п. 3.1.2 ПУЕ). Ненормальні режими роботи, що є характерними для електричних кіл (мереж), наступні: КЗ, перевантаження, струми витоку, зниження напруги, імпульсні перенапруги.

Апарати захисту призначені для запобігання пожежонебезпечним наслідкам ненормальних режимів роботи, а саме:

– розплавлянню і загорянню ізоляційних матеріалів;

– розплавлянню металу провідників і розлітанню крапель, нагрітих до високої температури;

– тривалому горінню електричної дуги, температура якої може сягати +4000 ºС;

– обриву ділянок електропроводки в результаті динамічного впливу струмів КЗ;

– передчасному старінню ізоляції КВ.

Класифікація апаратів захисту. Апарати захисту класифіковані за видом аварійного режиму, від наслідків якого здійснюється захист електричної мережі, за принципом дії, за ступенем захисту оболонки.

Класифікація апаратів захисту за видом аварійного режиму, від наслідків якого здійснюється захист електричної мережі:

– захист від КЗ (здійснюється за допомогою плавкого запобіжника, автоматичного вимикача з розчіплювачем струмів КЗ – електромагнітним, комбінованим або напівпровідниковим);

– захист від перевантажень (здійснюється за допомогою плавкого запобіжника (за малих перевантажень – ненадійно), теплового реле, автоматичного вимикача з розчіплювачем струмів перевантаження – тепловим, комбінованим або напівпровідниковим);

– захист від струмів витоку (здійснюється за допомогою ПЗВ);

– захист від зниження напруги (здійснюється за допомогою автоматичного вимикача з мінімальним або нульовим розчіплювачем напруги);

– захист від імпульсних перенапруг (здійснюється за допомогою ПЗІП).

Захист від КЗ повинні мати всі електричні мережі.

Захист від перевантажень повинні мати мережі житлових будинків і споруд громадського призначення, службово-побутових приміщень промислових підприємств, торгових установ, електромережі у вибухо- та пожежонебезпечних зонах. Силові мережі повинні мати захист від перевантажень, тільки якщо за умовами технологічного процесу може статися тривале перевантаження провідників.

Захист від струмів витоку за допомогою улаштування ПЗВ є обов’язковим для електричних мереж житлових будинків, будівель та споруд громадського призначення.

Захист від перенапруг, викликаних розрядами блискавки, рекомендується виконувати шляхом встановлення ПЗІП в електричних мережах на межах зон захисту від вторинних дій блискавки.

Класифікація апаратів захисту за принципом дії:

роз’єднання кола в результаті розплавляння струмоведучого елемента (плавкий запобіжник);
роз’єднання кола в результаті спрацьовування електромагніту (автоматичний вимикач з електромагнітним розчіплювачем);
роз’єднання кола в результаті безпосереднього або непрямого нагрівання і вигинання біметалевого елемента апарата захисту (автоматичний вимикач з тепловим розчіплювачем, теплове реле);
роз’єднання кола за допомогою напівпровідникового силового приладу (автоматичний вимикач з напівпровідниковим розчіплювачем);
роз’єднання кола за досягнення (перевищення) диференційним струмом заданої величини струму (пристрій захисного відключення, керований диференційним струмом (ПЗВД));
шунтування електричного кола при виникненні імпульсної перенапруги (ПЗІП).

Класифікація апаратів захисту за ступенем захисту оболонки. За ступенем захисту оболонки апарати захисту повинні відповідати умовам навколишнього середовища. Апарати захисту у вибухозахищеному виконанні не випускаються. Як правило, апарати захисту встановлюються в розподільних пристроях, захисна оболонка (або вибухозахист) яких повинна відповідати умовам навколишнього середовища.

Плавкі запобіжники. Плавкий запобіжник – електричний комутаційний апарат одноразової дії, який при розплавлянні одного або декількох спеціально спроектованих та розрахованих елементів (плавких вставок) розмикає електричне коло, в яке він включений, відключаючи струм, величина якого перевищує задане значення протягом достатньо тривалого часу.

Плавкий запобіжник є історично першим та найбільш поширеним апаратом захисту. Плавкий запобіжник надійно захищає електричне коло від КЗ та великих перевантажень, ненадійно – від малих перевантажень. Технічні вимоги до плавких запобіжників регламентуються національним стандартом ДСТУ IEC 60269-1.

Плавкий запобіжник складається з трьох основних частин: корпуса (призначений для монтажу складових елементів плавкого запобіжника), контактів (призначені для вмикання плавкого запобіжника в монтажну панель) і плавкої вставки (чутливий елемент). Деякі плавкі запобіжники оснащуються покажчиком спрацювання (індикатором), який дозволяє візуально визначати стан (цілісність) плавкої вставки.

Принцип дії плавкого запобіжника базується на виділенні тепла струмом, що проходить по плавкій вставці. У нормальних умовах це тепло розсіюється в навколишнє середовище. Якщо кількість виділеного тепла перевищує кількість відведеного тепла, то його надлишок викликає підвищення температури вставки і вона перегоряє (плавиться або спрацьовує).

Плавкі запобіжники бувають розбірними та нерозбірними. В розбірних запобіжниках можлива заміна плавких вставок після їх спрацьовування. Нерозбірні запобіжники після спрацьовування плавкої вставки підлягають заміні.

За конструкцією корпуса виділяють плавкі запобіжники трубчасті (рис. 8.17), пластинчаті (рис. 8.18) і пробкові (рис. 8.19).

Рис. 8.17 – Конструкція плавкого трубчастого запобіжника серії ПР-2

1 – фібровий корпус; 2 – плавка вставка; 3 – латунна втулка; 4 – латунний ковпачок;

5 – шайба; 6 – мідний контакт

Рис. 8.18 – Конструкція плавкого пластинчатого запобіжника серії ПН-2

1 – контакт; 2, 3 – гвинти; 4 – пластини кріплення; 5 – диски; 6 – плавка вставка;
7 – порцелянова трубка; 8 – азбестова прокладка; 9 – кварцовий пісок; 10 – свинцево-олов’яна напайка

Рис. 8.19 – Конструкція плавкого пробкового запобіжника серії ПД

1 – порцелянова головка; 2 – порцелянова трубка; 3 – плавка вставка; 4 – порцелянова підстава; 5 – скло; 6 – фіксуюче кільце; 7 – пружина; 8 – ущільнення; 9 – металевий верхній контакт плавкої вставки; 10 – різьбовий контакт; 11 – затиск контактний; 12 – контрольна порцелянова гільза; 13 – контакт; 14 – металевий нижній контакт плавкої вставки; 15 – кварцовий пісок; 16 – покажчик

Корпус плавкого запобіжника виготовляється з негорючих полімерних матеріалів, скла, кераміки. Більшість плавких запобіжників виготовляється із закритим корпусом. Плавкі запобіжники із закритим корпусом можуть бути з наповнювачем і без нього. У плавких запобіжниках з наповнювачем електрична дуга, що виникає при розплавлянні плавкої вставки, гаситься в порошкоподібному або зернистому наповнювачі, а у плавких запобіжниках без наповнювача – внаслідок високого тиску газів у корпусі.

Матеріали для виготовлення плавких вставок повинні мати малий питомий електричний опір, невелику температуру плавлення і, крім того, повинні бути стійкими до окислювання. У сучасних плавких запобіжниках для виготовлення плавких вставок звичайно застосовують мідь або цинк, рідше – олово та свинець. У відповідальних пристроях, коли необхідно мати повну гарантію від помилкових спрацьовувань через окислювання матеріалу плавкої вставки, застосовують срібло.

Мідь має високу температуру плавлення (+1083 ºС) і схильна до окислювання. У процесі експлуатації окисли міді відшаровуються і переріз плавкої вставки поступово зменшується. У результаті змінюються і величина струму, за якого починається процес перегоряння плавкої вставки.

Срібло так само, як і мідь, має малий питомий електричний опір і, крім того, не окислюється, що обумовлює високу стабільність мінімальних величин струмів плавлення срібних плавких вставок. Температура плавлення срібла, хоча і є дещо нижчою, ніж у міді, але усе ж є достатньо високою (+961 ºС). У плавких запобіжниках із мідними або срібними плавкими вставками за невеликих струмів перевантаження, за яких потрібен дуже тривалий час для розплавляння плавкої вставки, можливий значний нагрів корпуса плавкого запобіжника і його руйнація.

До позитивних якостей цинкових плавких вставок слід віднести, крім невисокої температури плавлення (+419 ºС), незмінність їхнього перерізу при експлуатації. Цинк на повітрі утворює плівку окислів, яка має достатню механічну тривкість та захищає плавку вставку від подальшого окислювання.

Свинець має невисоку температуру плавлення (+327 ºС), але великий питомий електричний опір, і з цієї причини як матеріал для плавких вставок застосовується рідко.

Одним зі способів зниження температури плавлення (зменшення інерційності спрацьовування) плавкої вставки є застосування металургійного ефекту, коли на мідну або срібну плавку вставку напаюють кульки з металу з низькою температурою плавлення (олово, свинець). При нагріванні струмом перевантаження кулька плавиться і розчиняє в собі метал плавкої вставки, що призводить до її розплавляння в цьому місці. Металургійний ефект сприяє помітному зменшенню часу спрацьовування плавких вставок за невеликих величин струмів перевантаження. Приклад плавкого запобіжника із плавкою вставкою з металургійним ефектом приведено на рис. 8.18.

Другим способом зниження температури плавлення плавкої вставки є її виконання із пластини (мідної або цинкової) зі змінним перерізом. В частині пластини за зменшеним перерізом підвищується опір, збільшується щільність струму, виділяється більша кількість тепла. Плавка вставка плавиться саме в цих частинах. При нормальному режимі роботи тепло відводиться до широких частин пластини та розсіюється в навколишнє середовище. При КЗ плавка вставка швидко розплавляється по частинах зі зменшеним перерізом. При перевантаженні плавка вставка звичайно розплавляється в одній частині зі зменшеним перерізом. Цей факт необхідно враховувати при дослідженні пожеж від електроустановок. Приклад плавкого запобіжника із плавкою вставкою зі змінним перерізом приведено на рис. 8.17.

Третім способом зниження температури плавлення плавкої вставки є її виконання у вигляді декількох паралельних віток.

Плавкі вставки повинні відповідати типу плавкого запобіжника та бути каліброваними – мати на корпусі найменування виробника або його товарний знак, позначення плавкої вставки за каталогом виробника, номінальну напругу та величину номінального струму. Приклад каліброваної плавкої вставки для розбірного плавкого запобіжника приведено на рис. 8.20.

Рис. 8.20 – Калібрована плавка вставка

1 – товарний знак виробника; 2 – позначення плавкої вставки за каталогом виробника (для плавкого запобіжника ПР-2); 3 – номінальна напруга; 4 – номінальна сила струму; 5 – отвори для вмикання плавкої вставки

Застосування саморобних некаліброваних плавких вставок у плавких запобіжниках суворо забороняється.

Основні електричні параметри плавкого запобіжника:

– номінальна напруга плавкого запобіжника (позначається ) – діюче значення напруги мережі, в яку дозволяється установка даного плавкого запобіжника (як правило, 230 В, 400 В, 500 В, 600 В);

– номінальний струм плавкого запобіжника (позначається ) – встановлене виробником діюче значення сили струму, який плавкий запобіжник спроможний проводити у тривалому режимі за визначеної температури навколишнього повітря. Дорівнює найбільшому з номінальних струмів плавких вставок, призначених для даного типу плавкого запобіжника;

– номінальний струм плавкої вставки (позначається ) – діюче значення сили струму, при протіканні якого плавка вставка не перегоряє тривалий час (стандартні значення – 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 А);

– умовний струм плавлення плавкої вставки (позначається ) – сила струму, при протіканні якого плавка вставка розплавиться через встановлений інтервал часу. Для часу 1÷2 години відношення знаходиться в межах 1,25÷1,6;

– максимальний струм відключення (позначається ) – найбільша величина струму в мережі, за якої гарантується надійна робота плавкого запобіжника, тобто забезпечується гасіння дуги без яких-небудь ушкоджень плавкого запобіжника.

Плавкі запобіжники також відрізняються габаритом, який позначається арабською цифрою.

Для плавкого запобіжника будують часо-струмову характеристику (або захисну характеристику) – залежність повного часу відключення кола плавким запобіжником від відношення величини струму І, що протікає через плавку вставку, до номінального струму плавкої вставки : . Приклад захисної характеристики для плавкого запобіжника серії ПН-2 приведено на рис. 8.21. Характеристика у виді смуги пояснюється наявністю похибок і допусків при виготовленні плавких запобіжників.

Рис. 8.21 – Захисна характеристика плавкого запобіжника серії ПН-2

Захисна характеристика будується не для одного плавкого запобіжника, а на серію однотипних плавких запобіжників з різними номінальними струмами плавких вставок. У цьому випадку будують сімейство захисних характеристик. Для побудови сімейства захисних характеристик на горизонтальній осі відкладається не кратність перевантаження, а сила струму, за якої спрацьовує плавкий запобіжник; на вертикальній осі – інтервал часу, за який перегоряє плавка вставка. Для кожної плавкої вставки є окрема крива. Сімейство захисних характеристик для різних плавких вставок розміщується на одному графіку. Приклад сімейства захисних характеристик для плавкого запобіжника серії ПН-2 приведено на рис. 8.22.

Рис. 8.22 – Сімейство захисних характеристик плавких вставок плавкого запобіжника ПН-2

Захисна характеристика дозволяє визначити надійність захисту електричних мереж плавкими запобіжниками від струмів КЗ та перевантаження. Для цього необхідно на одному графіку побудувати захисну характеристику плавкого запобіжника і теплову характеристику електричної мережі або електроустановки. Теплова характеристика електричної мережі або електроустановки – крива, що виражає залежність інтервалу часу, протягом якого температура цього елемента досягає гранично припустимого значення, від кратності сили струму І, який при цьому протікає, відносно номінального струму , тобто . Умовою безпеки і надійного захисту елемента електроустановки плавким запобіжником є:

Сучасні плавкі вставки за вимогами міжнародних стандартів ІЕС (International Electrotechnical Commission) класифікуються за наступними параметрами:

діапазон відключення (позначається маленькою літерою англійського алфавіту): а – плавка вставка, яка спроможна відключати всі струми в діапазоні від ·Іном.вст (>1) до максимального струму відключення; g – плавка вставка, яка спроможна відключати всі струми в діапазоні сил струмів, що призводять до її розплавляння. Плавкі вставки типу а застосовуються для захисту електричних мереж від КЗ;
категорія застосування (позначається великою літерою англійського алфавіту): D – із затримкою часу; G – загального призначення; M – для захисту електричних двигунів; N – без затримки часу.

Приклад класифікації діапазону відключення та категорії застосування плавких вставок (або класифікаційна група плавкої вставки):

– gG – плавка вставка загального призначення, яка спроможна відключати всі струми в діапазоні сил струмів, що призводять до її розплавляння;

– gM – плавка вставка для захисту електричних кіл двигунів, яка спроможна відключати всі струми в діапазоні сил струмів, що призводять до її розплавляння;

– aM – плавка вставка для захисту електричних кіл двигунів, яка спроможна відключати всі струми в частині діапазону сил струмів, що призводять до її розплавляння.

Для сучасних плавких вставок також будується характеристика ("інтеграл Джоуля") – функція залежності значення від сили струму. Ця характеристика дозволяє визначити спроможність плавкого запобіжника обмежувати інтеграл Джоуля, що є необхідним при застосуванні деяких типів ПЗВ, що не мають вбудованого захисту від КЗ.

Перевагами плавкого запобіжника є простота конструкції і відносна дешевина.

Недоліки плавкого запобіжника наступні:

– враховуючи, що плавкий запобіжник є однополюсним апаратом захисту, при перегорянні плавкої вставки можливі неповнофазні режими роботи трифазних електроустановок (ці режими є особливо небезпечними для трифазних двигунів);

– при перегорянні плавкої вставки для її заміни необхідна калібрована плавка вставка того ж номіналу та типу, що перегоріла. У практичній діяльності її часто заміняють саморобними некаліброваними плавкими вставками, що може призвести до виникнення пожежонебезпечного режиму роботи електричної мережі;

– плавкі запобіжники не надійно захищають електричні мережі при виникненні незначних перевантажень кратністю (де – припустима сила струму для КВ електричної мережі). За таких незначних перевантажень час спрацьовування плавкого запобіжника може сягати годин.

Марка плавкого запобіжника, як правило, обмежується зазначенням його типу та номера серії.

Приклади маркування плавких запобіжників:

ПР-2. Розшифровується наступним чином: П – плавкий запобіжник, Р – розбірний, 2 – серія.

ПН-2. Розшифровується наступним чином: П – плавкий запобіжник, Н – з наповнювачем, 2 – серія.

НПН. Розшифровується наступним чином: Н – корпус нерозбірний, П – плавкий запобіжник, Н – з наповнювачем.

НПНИ-37. Розшифровується наступним чином: Н – корпус нерозбірний, П – плавкий запобіжник, Н – з наповнювачем, И – з індикатором, 37 – серія.

Плавкі запобіжники встановлюються у спеціальну монтажну панель, змонтовану у відповідному розподільному пристрої. Заміну плавких запобіжників здійснюють за допомогою спеціальних кліщів або рукояток.

Автоматичні вимикачі. Автоматичний вимикач (автомат) – електромеханічний комутаційний апарат багаторазової дії, спроможний вмикати, проводити та вимикати струми при нормальному стані електричного кола, а також вмикати, проводити протягом заданого часу й автоматично вимикати струми у визначених ненормальних режимах роботи електричного кола. Технічні умови до автоматичних вимикачів регламентуються національним стандартом ДСТУ 3025.

Автоматичні вимикачі за номінальної напруги та номінальної сили струму до 100 А повинні витримувати не менше 1500 вмикань, за номінальної сили струму від 100 до 630 А – 1000 вмикань, вище 630 А – 500 вмикань.

Автоматичний вимикач складається з наступних основних частин: корпус, кришка, дугогасна камера, механізм керування, механізм вільного розчіплювання, розчіплювач (автоматичний вимикач може мати декілька розчіплювачів).

Корпус автоматичного вимикача, як правило, виготовляється з пластмаси. У корпусі монтуються всі частини автоматичного вимикача, і він закривається кришкою. Конструкція корпусів сучасних автоматичних вимикачів є модульною, що дозволяє виконувати їх монтаж на стандартну рейку (DIN-рейку спеціального профілю; DIN – позначення стандартів Німеччини) у розподільних пристроях.

Дугогасні камери складаються з керамічних перегородок і сталевих обміднених пластин, вставлених у ці камери головних контактів автомата. Електрична дуга під дією магнітного поля, збуджуваного струмом самої дуги, втягується в дугогасні камери, розривається на окремі частини, які там деіонізуються й інтенсивно гасяться.

Механізм керування виконується таким чином, що розімкнуте (відключене) положення вимикача відповідає відпущеному положенню кнопки, замкнене положення – натиснутому положенню кнопки. Розімкнуте (відключене) положення вимикача, що керується не натискними кнопками, позначається знаком "O", замкнене положення – знаком "І". Затискач автоматичного вимикача для підключення нейтрального провідника позначається літерою "N", затискач для підключення захисного провідника – символом "".

Механізм вільного розчіплювання забезпечує повернення рухомих контактів головного кола в розімкнуте положення та залишення у ньому, коли операція автоматичного розмикання починається після початку операції замикання, навіть якщо команда на замикання зберігається. Наприклад, при ручному керуванні автоматичним вимикачем на вмикання електричного кола, в якому є КЗ, при замиканні головних контактів через головне коло буде протікати струм КЗ. Під його впливом максимальний розчіплювач струму звільнить утримувальний пристрій в механізмі вільного розчіплювання автоматичного вимикача, і його головні контакти будуть автоматично розмикатися, незважаючи на те, що здійснюється їх ручне замикання.

Розчіплювач – чутливий пристрій, що механічно пов’язаний з автоматичним вимикачем або вбудований в нього і звільняє утримувальний пристрій в механізмі автоматичного вимикача та викликає його автоматичне спрацьовування.

Автоматичні вимикачі класифіковані:

за категорією застосування: категорія А (застосовуються для відключення електричних кіл при КЗ за відсутності спеціальної селективності в часі відносно послідовно з’єднаних автоматичних вимикачів з боку навантаження) та категорія В (застосовуються для відключення електричних кіл при КЗ за наявності спеціальної селективності в часі відносно послідовно з’єднаних автоматичних вимикачів з боку навантаження. Автоматичні вимикачі категорії В повинні бути термічно та динамічно стійкими до максимальних значень короткочасно припустимого струму);
за середовищем, в якому здійснюється відключення: повітряні, вакуумні, газові;
за конструктивним виконанням: відкритого виконання та в оболонці;
за способом керування: з ручним приводом та з приводом від двигуна;
за можливістю обслуговування: такі, що обслуговуються, та такі, що не обслуговуються;
за способом монтажу: стаціонарні, що втикаються (зі штирьовими виводами для підключення в основу, до виводів якої підключаються провідники електричної мережі), висувні;
за ступенем захисту оболонки за ГОСТ 14254: IР00, IР20, IP30, IР54. Більшість автоматичних вимикачів випускається зі ступенем захисту оболонки ІР20;
за родом струму головного кола (головне коло – всі струмовідні частини, що входять у коло, яке комутує автоматичний вимикач): постійного струму (позначається DС), змінного струму (позначається АС), постійного та змінного струму (позначається А або В);
за кількістю полюсів (полюс – один струмовідний шлях головного кола автоматичного вимикача) головного кола: однополюсні, двополюсні (з одним або двома захищеними полюсами), триполюсні (з трьома захищеними полюсами) та чотириполюсні (з трьома або чотирма захищеними полюсами);
за видами розчіплювачів: з максимальним розчіплювачем струму, з незалежним розчіплювачем, з мінімальним розчіплювачем напруги, з нульовим розчіплювачем напруги;
за наявністю вільних контактів: з вільними контактами та без вільних контактів.

Основні електричні параметри автоматичного вимикача:

– номінальна робоча напруга (позначається ) – діюче значення напруги, що встановлене виробником, за якого забезпечується працездатність автоматичного вимикача (звичайно, 120 В, 230 В, 240 В, 400 В);

– номінальна напруга ізоляції (позначається ) – діюче значення напруги, за яким визначається величина випробувальної напруги при випробуваннях автоматичного вимикача на електричну міцність ізоляції;

– номінальна імпульсна напруга, що витримується (позначається ) – діюче значення імпульсної напруги, за якого забезпечується працездатність автоматичного вимикача;

– номінальний робочий струм (позначається ) – діюче значення сили струму (встановлене виробником), який автоматичний вимикач спроможний проводити у тривалому режимі за визначеної температури навколишнього повітря (рекомендуються значення 1,00, 1,60, 2,50, 4,00, 6,30 А, а також десяткові кратні та часткові значення);

– номінальна частота – значення частоти електричного струму, на яку розрахований автоматичний вимикач.

За вимогами стандартів ІЕС можуть вказуватися інші параметри, наприклад, умовний струм нерозчіплювання (позначається ) – значення сили струму, який автоматичний вимикач спроможний проводити умовний час без розчіплювання: ; умовний струм розчіплювання (позначається ) – значення сили струму, який призводить до розчіплювання автоматичного вимикача в межах умовного часу: ; номінальна спроможність відключення – найбільша величина струму КЗ, за якої гарантується надійна робота автоматичного вимикача; "інтеграл Джоуля" (аналогічно плавкому запобіжнику) тощо.

Розглянемо види розчіплювачів, якими можуть комплектуватися автоматичні вимикачі.

Максимальний розчіплювач струму – розчіплювач, що приводить до спрацьовування автоматичного вимикача з витримкою часу або без неї, коли струм в розчіплювачі перевищує задане значення. Максимальні розчіплювачі струму розрізняють:

за видом: розчіплювач струму КЗ (електромагнітний або напівпровідниковий розчіплювач), розчіплювач струму перевантаження (тепловий розчіплювач), розчіплювач для захисту від однофазних замикань на землю;
за часом витримки: миттєвої дії; з витримкою часу, не залежною від струму; з витримкою часу, обернено залежною від струму.

Максимальний розчіплювач струму КЗ миттєвої дії повинен привести до спрацьовування автоматичного вимикача при виникненні надструму визначеної величини з відхиленням не більше ±20 %.

Автоматичні вимикачі з максимальними розчіплювачами струму з витримкою часу не повинні спрацьовувати, а розчіплювачі повинні повертатися у вихідне положення, якщо надструм падає до значення номінального робочого струму після закінчення часу, що становить до 70 % мінімального припустимого часу спрацьовування.

Автоматичні вимикачі з максимальними розчіплювачами струму з обернено залежною від струму витримкою часу для захисту електричних кіл від струмів перевантаження при одночасному навантаженні всіх полюсів протягом часу менше 1 години за номінального струму вимикача до 63А та 2 години за номінального струму вимикача вище 63А:

– не повинні спрацьовувати при струмі при початку відліку часу від холодного стану розчіплювача;

– повинні спрацьовувати при струмі при початку відліку часу від нагрітого струмом розчіплювача.

Деякі автоматичні вимикачі мають спеціальні максимальні розчіплювачі струму, в яких можливе регулювання струму спрацьовування – струму уставки. Струмом уставки називають значення величини струму спрацьовування, на яке можна здійснювати регулювання розчіплювача. Наприклад, для автоматичного вимикача з максимальним розчіплювачем струму з витримкою часу, обернено залежною від струму (тепловим розчіплювачем), діапазон регулювання струму уставки складає 0,6÷1,0 від номінального струму розчіплювача.

Незалежний розчіплювач – розчіплювач, що збуджується окремим джерелом напруги. Незалежний розчіплювач призначений для дистанційного відключення автоматичного вимикача. Вмикання автоматичного вимикача після його дистанційного відключення здійснюється або вручну, або приводом від двигуна.

Мінімальний та нульовий розчіплювач напруги – розчіплювачі, призначені для відключення автоматичного вимикача за неприпустимого для електрообладнання зниження напруги.

Мінімальний розчіплювач напруги за номінальних умов роботи автоматичного вимикача:

– повинен забезпечувати відключення включеного автоматичного вимикача за напруги в межах 70÷35 % від номінальної та перешкоджати включенню автоматичного вимикача за напруги 35 % й нижче від номінальної;

– не повинен приводити до відключення включеного автоматичного вимикача за напруги вище 70 % від номінальної та перешкоджати включенню автоматичного вимикача за напруги 85 % й вище від номінальної.

Нульовий розчіплювач напруги за номінальних умов роботи автоматичного вимикача:

– повинен забезпечувати відключення включеного автоматичного вимикача за напруги в межах 35÷10 % від номінальної та перешкоджати включенню автоматичного вимикача за напруги 10 % й нижче від номінальної;

– не повинен приводити до відключення включеного автоматичного вимикача за напруги вище 55 % від номінальної та перешкоджати включенню автоматичного вимикача за напруги 85 % й вище від номінальної.

Розглянемо принцип дії розчіплювачів автоматичних вимикачів, що здійснюють захист від КЗ та перевантаження.

Електромагнітний розчіплювач автоматичного вимикача забезпечує захист електромереж від небезпечних струмів КЗ. Електромагнітний розчіплювач є максимальним розчіплювачем струму й може бути миттєвої дії (без витримки часу) та з витримкою часу.

Конструкція електромагнітного розчіплювача миттєвої дії пояснюється на рис. 8.23.

Спрацьовування електромагнітного розчіплювача залежить від зусилля, що створюється струмом головного кола автоматичного вимикача в котушці електромагніту. У включеному стані розчіплювач утримується засувкою 4, зчепленою з важелем 3. Пружина 7 забезпечує надійність цього зчеплення. При КЗ в колі якір 8 притягається до осердя котушки 9, засувка 4 повертається на осі 5 і звільняє важіль 3. Під дією пружини 2 рухливий контакт 1 розмикає коло, положення засувки 4 при цьому фіксується упором 6.

Час спрацьовування автоматичного вимикача при протіканні струму, величина якого дорівнює струму спрацьовування електромагнітного розчіплювача, не перевищує 0,1 с. При цьому струм КЗ не встигає досягти очікуваного значення.

Рис. 8.23 – Конструкція електромагнітного розчіплювача миттєвої дії

1 – рухливий контакт; 2, 7 – пружина; 3 – важіль; 4 – засувка; 5 – вісь; 6 – упор; 8 – якір; 9 – осердя котушки

В електромагнітному розчіплювачі з витримкою часу для витримки часу застосовується спеціальний годинниковий механізм, оливне гальмо, електромагнітний сповільнювач тощо. У такому розчіплювачі осердя електромагніту повернеться у вихідне положення, якщо кидок струму закінчиться раніше, ніж механізм витримки часу дозволить звільнити засувку.

Тепловий розчіплювач автоматичного вимикача забезпечує захист електромереж від небезпечних наслідків перевантаження. Тепловий розчіплювач є максимальним розчіплювачем струму з витримкою часу, обернено залежною від струму.

Конструкція теплового розчіплювача з непрямим нагрівом приведена на рис. 8.24.

Рис. 8.24 – Конструкція теплового розчіплювача з непрямим нагрівом

1 – біметалева пластина; 2 – нагрівальний елемент; 3 – засувка; 4 – пружина; 5 – вісь; 6 – тяга;

7 – контакти

Спрацьовування теплового розчіплювача залежить від теплової дії електричного струму. При перевантаженні електричного кола біметалева пластина 1 нагрівається нагрівальним елементом 2, вигинається нагору (у бік металу з меншим коефіцієнтом лінійного поширення) і звільняє засувку 3, яка під дією пружини 4 повертається навколо осі 5 у напрямку стрілки годинника, розмикає контакти 7 у колі керування за допомогою тяги 6.

Тепловий розчіплювач відразу після спрацьовування повторно включати не можна. Слід зачекати декілька хвилин, поки біметалева пластина не остигне, та після цього повернути важіль спочатку униз, а потім угору. Цей факт необхідно враховувати при дослідженні пожеж від електроустановок при висуненні версії про причетність електроустановки до виникнення пожежі.

Комбінований розчіплювач автоматичного вимикача забезпечує захист електроустановок від небезпечних наслідків КЗ і перевантаження одночасно. Автоматичний вимикач комплектується двома розчіплювачами: електромагнітним та тепловим. Відключення аварійної ділянки електричної мережі автоматичним вимикачем відбувається при спрацьовуванні будь-якого з розчіплювачів. При КЗ спрацьовує електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії). При перевантаженні спрацьовує тепловий розчіплювач (максимальний розчіплювач струму з витримкою часу, обернено залежною від струму).

Напівпровідниковий розчіплювач автоматичного вимикача відрізняється підвищеною швидкістю дії та високою надійністю. Час спрацьовування напівпровідникового розчіплювача менше 0,01 с. Напівпровідниковий розчіплювач є електронним приладом. На рис. 8.25 приведено блок-схему напівпровідникового розчіплювача.

Рис. 8.25 – Блок-схема напівпровідникового розчіплювача

1 – вимірювальний елемент; 2 – блок виділення найбільшого сигналу; 3 – блок КЗ; 3.1 – реле КЗ; 3.2 – елемент часової затримки; 4 – блок перевантаження; 4.1 – реле перевантаження; 4.2 – схема розподілення сигналів; 4.3 – накопичувальний лічильник; 4.4 – генератор сигналів; 5 – схема формування сигналу

У кожній фазі електричної мережі встановлено трансформатор струму 1. З кожного трансформатора 1 сигнали, що є пропорційними струму в мережі, поступають на блок виділення найбільшого сигналу 2, звідкіля сигнал надходить на блок КЗ 3 та блок перевантаження 4.

При виникненні КЗ різко збільшується струм і спрацьовує реле КЗ 3.1, з якого сигнал через елемент часової затримки поступає на схему формування сигналу 5.

При виникненні перевантаження спрацьовує реле перевантаження 4.1. Сигнал з реле перевантаження через схему розподілення сигналів 4.2 надходить на вхід накопичувального лічильника 4.3. Імпульси на накопичувальний лічильник поступають з виходу генератора сигналів 4.4. Сигнал переповнення накопичувального лічильника 4.3 через схему розподілення сигналів поступає на схему формування сигналу 5.

Сигнал зі схеми 5 призводить до спрацьовування розчіплювача.

Основні електричні параметри розчіплювачів автоматичних вимикачів:

– номінальний струм розчіплювача (позначається у загальному випадку (), для електромагнітного, теплового або комбінованого розчіплювачів – , , відповідно) – діюче значення найбільшого струму, при протіканні якого через розчіплювач останній не спрацьовує тривалий час; для автоматичних вимикачів з уставками указується номінальний струм уставки () – діюче значення струму, на який можливе регулювання розчіплювача і при якому він не спрацьовує;

– струм спрацьовування (уставки) розчіплювача (позначається у загальному випадку , для електромагнітного або теплового розчіплювачів – , відповідно) – діюче значення найменшого струму, за якого спрацьовує розчіплювач автоматичного вимикача. Для більшості автоматичних вимикачів з електромагнітними розчіплювачами .

Сучасні автоматичні вимикачі, що випускаються відповідно до вимог стандартів ІЕС, мають стандартні діапазони струмів спрацьовування (уставок) максимальних розчіплювачів струму миттєвої дії, які позначаються англійськими літерами:

– тип А – не передбачений стандартами ІЕС, але деякі виробники автоматичних вимикачів, наприклад, фірма Siemens, виготовляють автоматичні вимикачі з максимальним розчіплювачем струму миттєвої дії типу А. Автоматичний вимикач з таким розчіплювачем забезпечує захист від надструмів електричних кіл із напівпровідниковими приладами, вимірювальних кіл, а також електропроводок великої довжини за необхідності їх відключення за час, не більший за 0,2 с, ;

– тип В – автоматичний вимикач з максимальним розчіплювачем струму миттєвої дії; забезпечує захист від надструмів електричних кіл в електроустановках житлових будинків та будівель громадського призначення, ;

– тип С – автоматичний вимикач з максимальним розчіплювачем струму миттєвої дії; забезпечує захист від надструмів електричних кіл, в яких можливі великі пускові струми, наприклад, при вмиканні електродвигунів, ;

– тип D – автоматичний вимикач з максимальним розчіплювачем струму миттєвої дії забезпечує захист від надструмів електричних кіл, в яких можливі великі імпульсні струми, наприклад при вмиканні трансформаторів, .

Для автоматичних вимикачів будують часо-струмову характеристику (або захисну характеристику) – залежність повного часу відключення кола автоматичним вимикачем від відношення сили струму І, що протікає, до номінального струму розчіплювача : . Приклад захисної характеристики для автоматичного вимикача серії ВА47 з електромагнітним розчіплювачем струму миттєвої дії типу В приведений на рис. 8.26.

Рис. 8.26 – Захисна характеристика автоматичного вимикача серії ВА47 з електромагнітним розчіплювачем струму миттєвої дії типу В

Автоматичні вимикачі поділяються на серії, які мають літерно-цифрове позначення, наприклад, є серії А3700, АЕ1000, АЕ2000, А3100, АП50, АБ25, ВА47. У структурі умовного позначення автоматичного вимикача міститься інформація про кількість полюсів, ступінь захисту оболонки від впливу навколишнього середовища, види розчіплювачів, номінальний струм вимикача, можливість регулювання номінального струму розчіплювача.

Сучасні автоматичні вимикачі маркуються із зазначенням наступних параметрів: товарний знак виробника; типове позначення та номер серії; номінальний струм автоматичного вимикача в [А]; кількість полюсів; тип розчіплювача; номінальний струм розчіплювача в [А]; комутаційна схема (якщо правильний спосіб підключення не є очевидним); контрольна температура навколишнього середовища (якщо вона не дорівнює +30 ºС); ступінь захисту оболонки (якщо вона відрізняється від ІР20). Маркування, що вказує тип розчіплювача та його номінальний струм, повинне бути чітко видне після установки автоматичного вимикача.

Приклад маркування сучасного автоматичного вимикача: ВА47-100/2/С80. Розшифровується наступним чином: ВА (вимикач автоматичний) – типове позначення, 47 – номер серії, 100 – номінальний струм автоматичного вимикача 100 А, 2 – двополюсний, С – тип електромагнітного розчіплювача (), 80 – номінальний струм розчіплювача 80 А.

Автоматичні вимикачі підлягають періодичній перевірці на працездатність. За вимогами "Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів" така перевірка повинна виконуватися не рідше одного разу на 12 років.

Теплові реле. Теплові реле застосовуються для захисту від перевантажень. Достатньо часто теплові реле для захисту від перевантажень електричних двигунів вбудовуються у магнітні пускачі.

Чутливим елементом теплового реле є біметалева пластина, що нагрівається струмом (подібно тепловому розчіплювачу автоматичного вимикача). Нагрівання біметалевої пластини може здійснюватися від спеціального нагрівального елемента, що вмикається паралельно біметалевій пластині (аналогічно тепловому розчіплювачу непрямої дії, зображеному на рис. 8.23), або від струму в самій біметалевій пластині (розчіплювач із безпосереднім нагрівом, зображений на рис. 8.27), або комбіновано (розчіплювач зі змішаним нагрівом).

При проходженні струму перевантаження по нагрівальному елементу 2 біметалевої пластини 1 теплового реле (рис. 8.27) її незакріплений кінець вигинається униз (у бік металу з меншим коефіцієнтом лінійного поширення) і звільняє засувку 3, яка, у свою чергу, звільняє важіль 4. Важіль 4 під дією пружини 5 повертається проти стрілки годинника і розмикає контакти 8. Кнопка 6 призначена для ручного повертання важеля 4 у вихідне положення. Гвинт 7 є регулювальним.

Рис. 8.27 – Конструкція теплового реле з розчіплювачем із безпосереднім нагрівом

1 – біметалева пластина; 2 – нагрівальний елемент; 3 – засувка; 4 – важіль; 5 – пружина; 6 – кнопка; 7 – регулювальний гвинт; 8 – контакти

Основні електричні параметри теплового реле:

– номінальна напруга теплового реле (позначається ) – діюче значення напруги (встановлене виробником), за якого забезпечується працездатність теплового реле;

– номінальний струм теплового реле (позначається ) – діюче значення сили струму (встановлене виробником), який теплове реле спроможне проводити у тривалому режимі за визначеної температури навколишнього повітря. Дорівнює найбільшому номінальному струму нагрівального елемента, який може бути встановлений у ньому;

– номінальний струм нагрівального елемента теплового реле (позначається ) – діюче значення сили струму, при протіканні якого через нагрівальний елемент останній не спрацьовує тривалий час; для теплових реле з уставками (з регулятором) указується номінальний струм уставки () – діюче значення сили струму, на яке можливе регулювання нагрівального елемента і за якого він не спрацьовує тривалий час;

– струм спрацьовування теплового реле (позначається ) – діюче значення сили струму, за якого спрацьовує розчіплювач теплового реле (для більшості теплових реле ).

Вибір номінального струму нагрівального елемента теплового розчіплювача теплового реле здійснюється за умови: , де – номінальна сила струму в електричній мережі.

Випускаються теплові реле серій: РТ (реле теплове однофазне зі змінним нагрівальним елементом та уставкою), ТРП (теплове реле однофазне зі змінним нагрівальним елементом та уставкою), ТРН (теплове реле двофазне зі змінним нагрівальним елементом та уставкою) й інші з регулюванням струму спрацьовування і без нього.

Теплові реле визначених серій призначені для експлуатації в магнітних пускачах також визначених серій. Наприклад теплові реле серій РТ, ТРП призначені для експлуатації в магнітних пускачах серії ПА, теплове реле серії ТРН – в магнітних пускачах серій ПМЕ, ПМИ тощо.

Порядок перевірки теплових реле є аналогічним порядку перевірки автоматичних вимикачів.

Пристрої захисного автоматичного вимикання живлення. Захисним автоматичним вимиканням живлення в електроустановках називається автоматичне розмикання одного або кількох лінійних (фазних) провідників і, у разі потреби, нейтрального провідника, яке виконується з метою електробезпеки (визначення приведено в п. 1.7.42 ПУЕ).

Захисне автоматичне вимикання живлення забезпечується за допомогою ПЗВ. Технічні вимоги до ПЗВ регламентуються стандартом ГОСТ 12.4.155.

ПЗВ не тільки забезпечує електробезпеку, але й запобігає пожежам. ПЗВ здійснює вимикання споживачів електричної енергії при виникненні струмів витоку, величина яких є значно меншою за струму КЗ. Тому ПЗВ запобігає нагріву провідників – тобто забезпечує пожежну безпеку.

ПЗВ також здійснює захист від глухих замикань на землю, захист від неповних замкнень на землю, автоматичний контроль ізоляції, автоматичний контроль кола заземлення, самоконтроль.

За видом вхідного сигналу виділяють ПЗВ, що реагують на: струм нульової послідовності; напругу нульової послідовності; суму, різницю, фазові співвідношення між струмом і напругою нульової послідовності (або виділених гармонік напруги та струму), а також між струмом або напругою нульової послідовності й фазними напругами мережі; струм витоку; напругу корпуса відносно землі; оперативний струм (постійний, змінний непромислової частоти), що накладається на робочий струм електроустановки; два й більше вказаних фактори (багатофакторні ПЗВ). Конкретне схемо-технічне рішення ПЗВ є ноу-хау фірми-виробника. Найкраще зарекомендували себе пристрої захисного відключення, керовані диференційним струмом.

Диференційний струм – діюче значення векторної суми сил струмів, що протікають у головному колі ПЗВ.

Пристрій захисного автоматичного вимикання живлення, керований диференційним струмом (ПЗВД) – комутаційний апарат, який за досягнення (перевищення) диференційним струмом заданого значення за певних умов експлуатації повинен викликати відключення мережі. ПЗВД є найбільш поширеними в усьому світі, у першу чергу – у країнах-членах ІЕС.

Робота ПЗВД базується на застосуванні електромагнітного векторного (за амплітудою та фазою) суматорів струмів – диференційного трансформатора струму. Принцип дії ПЗВД пояснено на рис. 8.28.

Рис. 8.28 – Принцип дії ПЗВД

1 – магнітопровід трансформатора струму; 2 – чутливий елемент; 3 – виконавчий механізм; 4 – коло тестування

За нормального режиму (за відсутності диференційного струму – струму витоку) в силовому колі, що проходить через вікно магнітопроводу трансформатора струму 1, протікає робочий струм навантаження. Провідники, що проходять через вікно магнітопроводу трансформатора, створюють зустрічно включені первинні обмотки диференційного трансформатора струму. Якщо позначити струм, що протікає до навантаження , а від навантаження , то . Струми наводять у магнітному осерді трансформатора однакові, але зустрічно спрямовані магнітні потоки та . Результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці диференційного трансформатора також дорівнює нулю. Чутливий елемент 2 знаходиться у стані спокою.

При торканні людиною відкритих струмовідних частин по фазному провіднику через ПЗВД, крім струму навантаження , протікає додатковий струм – струм витоку , який для трансформатору струму є диференційним (різницевим). Різниця струмів у первинній обмотці (у фазному провіднику протікає струм , в нейтральному провіднику – струм ) викликає небаланс магнітних потоків і виникнення у вторинній обмотці трансформованого диференційного струму. Якщо величина цього струму перевищує граничне значення уставки чутливого елемента 2, він спрацьовує, впливає на виконавчий механізм 3, і коло розмикається.

ПЗВД має не тільки важіль диференційного реле, а і кнопку "Тест". Для контролю справності ПЗВД передбачено коло тестування 4. При натисканні кнопки "Тест" створюється диференційний струм, і ПЗВД спрацьовує.

Основні електричні параметри ПЗВД:

номінальна напруга (позначається ) – діюче значення напруги (встановлене виробником), за якого забезпечується працездатність ПЗВД;
номінальний струм (позначається ) – діюче значення сили струму (встановлене виробником), який ПЗВД спроможний проводити у тривалому режимі за визначеної температури навколишнього повітря (стандартні значення 16, 25, 32, 40, 50, 63, 800, 100 А);
номінальний диференційний струм відключення (позначається ) – діюче значення диференційного струму, за якого спрацьовує ПЗВД (стандартні значення 10, 30, 100, 300, 500 мА);
номінальний умовний диференційний струм КЗ (позначається ) – діюче значення сили струму КЗ, яке може витримати ПЗВД (ПЗВД не спрацьовує при протіканні через нього струму КЗ);
час відключення за номінального диференційного струму відключення;
робоча характеристика. Виділяють робочі характеристики типу А та типу АС. ПЗВД із робочою характеристикою типу А спрацьовує як від синусоїдального, так і від пульсуючого постійного диференційного струму, що виникають або раптово, або повільно (пульсуючі постійні струми виникають, наприклад, при роботі пральних машин із регулятором швидкості, телевізорів, комп’ютерів тощо). ПЗВД із робочою характеристикою типу АС спрацьовує тільки від синусоїдального диференційного струму, що виникає або раптово, або повільно.

ПЗВД виготовляють двополюсними (для однофазних мереж) та чотириполюсними (для трифазних мереж).

Для людини смертельним вважається струм величиною 100 мА, але час спрацьовування ПЗВД не перевищує часток секунди (наприклад, для фазної напруги 220 В – 0,4 с). ПЗВД зі струмом спрацьовування =10 мА застосовується за підвищеної електронебезпеки, наприклад, в електричних мережах ванних та душових кімнат. ПЗВД зі струмом спрацьовування =30 мА застосовується у звичайних випадках, наприклад, у групових лініях живлення штепсельних розеток для пересувних електричних приладів. ПЗВД зі струмом спрацьовування =300 мА застосовується для захисту групи споживачів, наприклад, для підвищення рівня захисту від загоряння при замиканнях на заземленні частини, коли величина струму замикання є недостатньою для спрацьовування автоматичного вимикача або плавкого запобіжника (при цьому також забезпечується виконання вимоги селективності для ПЗВД).

ПЗВД не слід застосовувати в електричних мережах із системою TN-C. Не допускається установка ПЗВД у колах, раптове вимикання яких може призвести з технологічних причин до виникнення ситуацій, небезпечних для користувача і обслуговуючого персоналу, відключення пожежної, охоронної сигналізації тощо.

Маркування ПЗВД виконується із зазначенням наступних параметрів: товарний знак виробника; типове позначення та номер серії; кількість полюсів; номінальний струм в [А]; номінальний диференційний струм відключення в [мА]; робоча характеристика; комутаційна схема (якщо правильний спосіб підключення не є очевидним); контрольна температура навколишнього середовища (якщо вона не дорівнює +30 ºС); ступінь захисту оболонки (якщо вона відрізняється від ІР20). Маркування повинно бути чітко видно після установки ПЗВД.

Приклад маркування ПЗВД: ВД1-63/2/16/10. Розшифровується наступним чином: ВД (вимикач, керований диференційним струмом) – типове позначення, 1-63 – серійний номер, 2 – двополюсний, 16 – номінальний струм 16 А, 10 – номінальний диференційний струм відключення 10 мА.

Конструкція корпуса сучасних ПЗВД є модульною, що дозволяє виконувати його монтаж на стандартну DIN-рейку у розподільних пристроях.

За вимогами "Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів" перевірка працездатності ПЗВД повинна виконуватися не рідше одного разу на квартал шляхом натискання на кнопку "Тест". Результати перевірки фіксуються в оперативному журналі.

Диференційні автоматичні вимикачі. Диференційний автоматичний вимикач (диференційний автомат) поєднує в одному апараті автоматичний вимикач та ПЗВД, тобто здійснює захист як від КЗ та перевантаження, так і від струмів витоку. Характеристики диференційного автомата поєднують у собі характеристики відповідно автоматичного вимикача та ПЗВД.

Пристрої захисту від імпульсної перенапруги. В електричних мережах може виникати імпульсна (короткочасна) перенапруга, викликана, наприклад, розрядом блискавки або перехідним процесом при комутації. Захистом електричних мереж від впливу перенапруги є улаштування ефективної системи заземлення, вирівнювання потенціалів та улаштування ПЗІП.

Пристрій захисту від імпульсної перенапруги (ПЗІП) – пристрій, призначений для обмеження перехідних перенапруг і для відводу імпульсного струму. Випускаються ПЗІП одноразової та багаторазової дії.

Чутливим елементом ПЗІП може бути або напівпровідниковий резистор (варистор), або іскровий розрядник, або їх комбінація. При виникненні імпульсної перенапруги варистор змінює свій опір і шунтує електричне коло, обмежуючи величину амплітуди перенапруги. В іскровому розряднику відбувається пробій між двома електродами, розташованими на заданій відстані, яка визначає напругу пробою ПЗІП.

Для забезпечення ефективного захисту від імпульсних перенапруг передбачено чотири ступені захисту від них.

Перший ступінь захисту від імпульсної перенапруги призначений для обмеження рівня пульсацій напруги в електричній мережі до рівня, що є максимально допустимим для наступних ступенів захисту. Для захисту застосовується ПЗІП класу А, який встановлюється, наприклад, на опорі повітряної лінії електропередачі. ПЗІП класу А обмежує максимальний рівень напруги до значення 1,5 кВ та витримує при цьому струм величиною до 70 кА.

Другий ступінь захисту від імпульсної перенапруги призначений для обмеження рівня пульсацій напруги в електричній мережі до рівня, що є достатнім для більшості електротехнічного обладнання, наприклад, побутових електричних приладів. Для захисту застосовується ПЗІП класу В, який встановлюється у ГРЩ після ПЗІП класу А. У випадку живлення об’єкта по підземній кабельній лінії електропередачі ПЗІП класу В може бути першим ступенем захисту від імпульсних перенапруг. ПЗІП класу В обмежує максимальний рівень напруги до значення 1,5 кВ та витримує при цьому струми величиною від 35 кА до 70 кА.

Третій ступінь захисту від імпульсної перенапруги призначений для повного згладжування пульсацій напруги в електричній мережі. Для захисту застосовується ПЗІП класу С, який встановлюється у вторинні РЩ після ПЗІП класу В.

Четвертий ступінь захисту від імпульсної перенапруги застосовується тільки у випадку, коли електричне обладнання, що вмикається в електричну мережу, потребує стабілізованої напруги живлення. Для захисту застосовується ПЗІП класу D, який встановлюється безпосередньо перед електротехнічним обладнанням, що потребує стабілізованої напруги, або вбудовується в нього. ПЗІП класу D гарантує напругу в мережі не більше 275 В та забезпечує при цьому струми розряду величиною до 3 кА.

Основні електричні параметри ПЗІП:

клас захисту (А, В, С, D);
робоча (номінальна та максимальна) напруга – робоча (номінальна та максимальна) напруга мережі, в яку дозволяється встановлювати ПЗІП (стандартні значення 230/250, 400/440 B);
номінальний та максимальний розрядний струм – як правило, вказується для визначеної довжини імпульсної перенапруги, наприклад, для довжини імпульсної перенапруги 8/20 мкс відношення величини номінального струму до максимального становить для ПЗІП класу В – 30 кА/60 кА, класу C – 20 кА/40 кА, класу D – 5 кА/ 10кА;
захисний рівень напруги – для ПЗІП класу В – 2,0 кВ, класу C – 1,8 кВ, класу D – 1,0 кВ;
час реакції – наприклад, 25 нс.

Випускаються ПЗІП одно-, дво-, три- та чотириполюсні, ПЗІП класу D – тільки одно- та двополюсні.

Затискач всіх ПЗІП для підключення до заземлювального провідника позначається символом "". Затискач однополюсного ПЗІП для підключення лінійного (фазного) або нейтрального провідника позначається літерами "L/N". Затискач двополюсного ПЗІП для підключення лінійного (фазного) провідника позначається літерою "L", нейтрального провідника – "N". Затискачі триполюсного ПЗІП для підключення лінійних (фазних) провідників позначаються "L1", "L2", "L3". Затискачі чотириполюсного ПЗІП для підключення лінійних (фазних) провідників позначаються "L1", "L2", "L3", нейтрального провідника – "N".

ПЗІП маркуються із зазначенням наступних даних: товарний знак виробника; типове позначення; кількість полюсів; клас захисту; контрольна температура навколишнього середовища (якщо вона не дорівнює 30 ºС); ступінь захисту оболонки (якщо вона відрізняється від ІР20).

Приклад маркування ПЗІП: ОПС1-С. Розшифровується наступним чином: ОПС (обмежувач перенапруги) – типове позначення, 1 – однополюсний, С – клас захисту.

Конструкція корпуса ПЗІП є модульною, що дозволяє виконувати його монтаж на стандартну DIN-рейку у розподільних пристроях.

ПЗІП вмикається в електричну мережу таким чином, щоб була можливість вирівнювання потенціалів між провідниками. У випадку виходу з ладу ПЗІП між цими провідниками може статися КЗ і, як наслідок, виникнути пожежа. Таким чином, не можна встановлювати ПЗІП в електричні мережі за відсутності захисту від струмів КЗ.

За станом ПЗІП із варистором можливий візуальний контроль за наявності "індикатора зносу". Якщо "індикатор зносу" затемнений більш ніж на 3/4, то такий ПЗІП необхідно замінити.

На рис. 8.29 приведено умовні позначення розглянутих апаратів захисту на електричних схемах.

Зовнішній вигляд деяких сучасних апаратів захисту наведено на рис. 8.30.

Пожежна небезпека апаратів захисту. Більшість апаратів захисту є комутаційними електричними апаратами. Характерними пожежонебечними режимами роботи для усіх апаратів захисту є великі перехідні опори, які можуть виникати при погіршенні контактів у місцях приєднання до них жил КВ. У автоматичних вимикачів та ПЗВ великі перехідні опори також можуть виникати за зниження тиску пружин на струмовідні частини.

Рис. 8.29 – Умовні позначення апаратів захисту на електричних схемах:
а – плавкий запобіжник, б – однополюсний автоматичний вимикач, в – двополюсний автоматичний вимикач, г – однополюсний ПЗІП, д – двополюсний ПЗВД, е – двополюсний диференційний автоматичний вимикач, ж – двополюсне теплове реле із засувкою

Рис. 8.30 – Зовнішній вигляд сучасних апаратів захисту: а – плавкий запобіжник ППНИ, б – триполюсний автоматичний вимикач серії ВА47,
в – теплове реле серії РТИ, г – чотириполюсний ПЗВД фірми Legrand,
д – триполюсний ПЗІП ОПС1

При спрацьовуванні чутливих елементів апаратів захисту виникають дуги та іскри, для гасіння яких, наприклад, у плавких запобіжниках застосовуються корпуси зі спеціальних матеріалів, що гасять дуги, а у автоматичних вимикачах навмисно створюються спеціальні дугогасні камери.

У трифазних апаратах захисту можуть виникати міжфазні КЗ.

Розподільні пристрої. Плавкі запобіжники, автоматичні вимикачі, ПЗВ, ПЗІП, як правило, застосовуються не окремо, а вбудовуються в електричні розподільні пристрої (щитки, щити, шафи, силові блоки, панелі, збірки, ящики тощо).

ПУЕ для житлових, громадських, адміністративних та побутових будівель вводяться поняття: ГРЩ, груповий щиток, квартирний щиток, поверховий розподільний щиток, електрощитове приміщення.

Груповий щиток – пристрій, в якому встановлені апарати захисту та комутаційні апарати для окремих груп світильників, штепсельних розеток та стаціонарних електроприймачів (визначення приведено в п. 2.2.4 норматив-ного документа НПАОП 40.1-1.32).

Квартирний щиток – груповий щиток, установлений у квартирі і призначений для приєднання мережі, від якої живляться світильники, штепсельні розетки та стаціонарні електроприймачі квартири (визначення приведено в п. 2.2.5 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32).

Поверховий розподільний щиток – щиток, встановлений на поверхах житлових будинків і призначений для живлення квартир або квартирних щитків (визначення приведено в п. 2.2.6 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32).

Електрощитове приміщення – приміщення або його відгороджена частина, доступна тільки для кваліфікованого обслуговуючого персоналу, де встановлюються ГРЩ, ВРП, ВП та інші розподільні пристрої (визначення приведено в п. 2.2.7 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32).

Розподільні пристрої бувають комплектними та збірними.

Комплектні розподільні пристрої розраховані на комплектування визначеним типом апаратів захисту. Наприклад, щит освітлення ЩО21-31 комплектується однополюсними автоматичними вимикачами серії АЕ1031.

Збірні розподільні пристрої комплектуються стандартною рейкою (DIN-рейкою), на яку можливий монтаж необхідних видів апаратів захисту. Корпуси сучасних автоматичних вимикачів, ПЗВД, ПЗІП передбачають можливість такого монтажу.

На зовнішніх дверцях електричного розподільного пристрою вказується його найменування. Всі проводи, кабелі, шини, плавкі запобіжники маркуються за єдиною системою (биркою або написом на розподільному пристрої під або над затискачами або плавким запобіжником).

Електричні розподільні пристрої, розміщені в коридорах, у вестибюлях, холах, фойє, на інших шляхах евакуації, повинні бути замкненими.

Розподільні пристрої необхідно оснащувати схемою підключення споживачів з пояснюючими написами і зазначенням значення номінального струму апарата захисту.