Выбор плавких предохранителей для радиоэлектронной аппаратуры с занулением корпусов

В радиоэлектронной аппаратуре широко распространён простейший способ защиты от коротких замыканий с помощью плавких предохрани­телей, по сути выполняющих роль первой ступени в многоуровневой сис­теме защиты в электрической сети с заземленной нейтралью. Очевидно, при правильном выборе номинала предохранителя замыкание фазы на корпус аппаратуры должно обеспечивать его эффективное перегорание, не оказывая при этом влияния на состояние элементов защиты более вы­соких уровней.

Параметры плавких предохранителей или АОУ других типов, встраиваемых в радиоэлектронную аппаратуру, как правило, удовлетво­ряют условию надёжного отключения (7). При этом заметим, что необхо­димость проверки выполнения условия (7) остаётся обязательным элемен­том расчёта системы с заземлённым нулевым проводом.

Отмеченное вовсе не означает, что использование плавких предо­хранителей полностью решает проблему обеспечения безопасности при замыкании фазы на корпус. Человек, касающийся одного из занулённых корпусов радиоэлектронной аппаратуры, в одном из которых произошло замыкание фазы на корпус, в течение интервала времени выгорания пре­дохранителя будет подвергаться действию напряжения прикосновения. Следовательно, для обеспечения достаточных условий безопасности, кроме выполнения условия (10), необходимо, чтобы в течение интервала времени выгорания предохранителя напряжение прикосновения не пре­вышало нормативных величин, указанных в табл. 8.

Время выгорания предохранителей является нелинейной функцией кратности тока короткого замыкания относительно номинального тока предохранителя (k_I) и с увеличением кратности тока уменьшается. В табл. 12 и 13 приведены ампер-секундные характеристики некоторых типов плавких предохранителей.

Т а б л и ц а 12

Ампер-секундные характеристики плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3

При использовании плавких предохранителей в радиоэлектронной аппаратуре с относительно небольшим токопотреблением (до нескольких ампер) в общем случае можно учитывать их активное сопротивление при расчёте напряжения прикосновения путём его включения в состав вели­чины R_доп (рис. 11). Увеличение активной составляющей полного сопро­тивления цепи фазного провода приводит к снижению уровня напряжения прикосновения. В табл. 12 приведены значения активных сопротивлений плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3 для некоторых значений их но­минальных токов (I_{пр nom}).

Т а б л и ц а 13

Ампер-секундные характеристики плавких предохранителей ВП3Б

При расчёте безопасности электроустановок большой мощности с током потребления в несколько десятков ампер вместо плавких предохра­нителей целесообразно использовать автоматические отключающие уст­ройства. Время отключения автоматических выключателей теплового действия составляет 0, 2 – 0, 5 с. Время полного отключения электромаг­нитных выключателей обычно меньше 0, 1 с [5].

Т а б л и ц а 14

Активные сопротивления плавких предохранителей ВП1, ВП2, ВП3

3.4. Порядок расчёта зануления

При написании раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах при рассмотрении вопросов, связанных с обеспече­нием безопасности проектируемого радиоэлектронного оборудования, возможны две типичные ситуации:

· проектируемая аппаратура питается от электрической сети непосредст­венно или посредством других устройств, также разрабатываемых в дипломном проекте;

· проектируемая аппаратура питается от электрической сети посредст­вом устройств-посредников, не разрабатываемых в дипломном про­екте.

Примером таких устройств-посредников может служить, в частно­сти, преобразователь входного переменного напряжения сети 220 В в вы­ходное напряжение постоянного тока.

Необходимо иметь в виду, что в аварийных ситуациях прикоснове­ние к корпусам преобразователя, работающего от сети с фазным напря­жением 220 В, и устройства, питающегося, например, напряжением 5 В с выхода преобразователя, одинаково опасно.

При написании раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах может быть рекомендован приведённый ниже ори­ентировочный порядок проведения расчётов, связанных с обеспечением безопасности проектируемой радиоэлектронной аппаратуры.

1. Определяется токопотребление производственным (или бытовым) зданием, в котором предполагается размещение проектируемой аппара­туры. При отсутствии конкретных данных можно принять величину по­требляемого фазного тока в пределах 100 – 200 А или согласовать этот во­прос с преподавателем.

2. Определить фактические или предполагаемые параметры системы электроснабжения производственного (бытового) здания с учётом разме­щения проектируемого оборудования:

· в соответствии с рис. 2 длину подвода магистрали силового кабеля от подстанции до точки его ввода в здание;

· с учётом номера и высоты этажа, на котором предполагается разме­щение проектируемой аппаратуры, длину силовых шин вертикального ствола от точки ввода в здание до точки этажного ответвления (этажного распределительного щита);

· длину кабеля этажной разводки от этажного распределительного щита до лабораторного распределительного щита.

При отсутствии конкретных данных необходимые данные следует согласовать с преподавателем-консультантом.

3. По величине потребляемого по каждой фазе тока определяют тре­буемый уровень мощности трансформатора электрической подстанции: P_Т = 3U_{ф max}I_{ф max}, где U_{ф max} и I_{ф max} – максимальные значения напряже­ния фазы и потребляемого зданием по каждой фазе тока. Максимальное значение напряжения фазы принимается стандартным: U_{ф max}I_ф = 1, 1 U_{ф nom} (U_{ф nom} = = 220 В). По найденной величине и табл. 10 определяют мощ­ность типового трансформатора с соответствующим значением Z_Т.

4. В соответствии с токопотреблением на каждом участке электриче­ской сети определяют требуемое сечение жил кабеля.

5. По формулам (11) – (14) определяют активные сопротивления и индуктивности фазного и нулевого проводов для различных участков электрической сети.

6. По формуле (10) рассчитывают ток короткого замыкания I_кз .

7. По данным расчётов в основных разделах проекта или в резуль­тате дополнительных расчётов определяют величину потребляемого по каждой фазе тока и с некоторым запасом (до ближайшего номинала) под­бирают плавкий предохранитель или автоматический выключатель с тре­буемым током срабатывания. Для сравнительно маломощной аппаратуры с потребляемым током до нескольких ампер условие (9), как правило, вы­полняется. В этом случае значение коэффициента k_I оказывается доста­точно большим, поэтому можно считать обоснованным использование плавких предохранителей в качестве АОУ. Если значение коэффициента k_I < 3, что может случиться при защите сильноточной аппаратуры, то в этом случае целесообразно перейти к ис­пользованию автоматических отключающих устройств.

8. Вычисляют значение коэффициента кратности тока выгорания предохранителя: k_I = I_кз/I_ФЭУ, где I_ФЭУ – потребляемый проектируемой электроустановкой ток по каждой фазе в нормальном режиме.

9. Используя результаты расчётов, выполненных согласно п. 5, по формуле (5) вычисляют величину напряжения прикосновения, возникаю­щего при замыкании фазы на корпус.

10. По таблицам 8, 12 и 13 проверяют по критерию безопасности полу­ченный уровень напряжения прикосновения с учётом времени выгорания предохранителя, зависящего от полученного значения коэффициента k_I. При необходимости корректируют выбор типа и номинала предохрани­теля. В затруднительных ситуациях при расчётах следует учитывать ак­тивное сопротивление предохранителей (табл. 14). Аналогичным образом может быть проведена коррекция выбора автоматического выключателя.

11. В соответствии с материалами п. 3.2.3 оценивают опасность пора­жения электрическим током в случае прикосновения к занулённому кор­пусу электроустановки при замыкании фазы на землю и при необходимо­сти определяют меры обеспечения безопасности.

12. Конструктивная разработка проектируемой аппаратуры должна предусматривать встроенное размещение элементов установки плавкого предохранителя выбранного типа и номинала или установку автоматиче­ского отключающего устройства надлежащего типа.