Библиотека

Разрушающее электродинамическое действие токов коротких замыканий характеризуется наибольшим пропущенным током. Термическое действие этих токов характеризуется так называемым интегралом Джоуля, который определяется как интеграл от квадрата тока за определенный промежуток времени:

где I²t – стандартное обозначение интеграла Джоуля, t₀, t₁ – соответственно, начальная и конечная границы интеграла.

Стандартное обозначение интеграла Джоуля (применяется в стандартах IEC) не следует отождествлять с произведением квадрата тока I на время t его действия, хотя такое определение может применяться для оценки теплового действия токов перегрузки на токопроводы, если тепловые постоянные времени токопроводов намного превышают время действия этих токов. Размерность интеграла Джоуля [I²t] = A²c = Дж/Ом определяет его физический смысл: энергия в джоулях, которая выделяется в цепи с сопротивлением 1 Ом, которое защищено аппаратом защиты (выключателем или предохранителем), равно значению I²t срабатывания, выраженному в A²c.

Если t₀ – это момент начала короткого замыкания, а t₁ – момент окончательного затухания дуги на контактах коммутационного аппарата или в предохранителе, то соответствующий интеграл называют интегралом срабатывания или полным интегралом Джоуля. Для предохранителей вводят понятие преддугового интеграла Джоуля, который также называют интегралом плавления (t₀ – момент начала короткого замыкания, t₁ – момент возникновения дуги во вставке предохранителя). Если понятие полного интеграла применяют для оценки термического действия тока, то понятие преддугового интеграла применяют для проверки селективной работы последовательно соединенных предохранителей или предохранителя и выключателя.

Под селективностью при сверхтоках понимают координацию рабочих характеристик двух или нескольких устройств защиты от сверхтоков таким образом, что при возникновении сверхтоков в определенных пределах, устройство, предназначенное для срабатывания в этих пределах, срабатывает, в тоже время, как другие устройства не срабатывают. Различают последовательную селективность, при которой через разные устройства защиты от сверхтоков проходит, преимущественно, тот самый ток, и сетевую селективность, при которой через идентичные защитные аппараты, которые размещены на разных уровнях распределительных сетей, проходят разные части сверхтока.

В некоторых случаях защита от сверхтоков в распределительных сетях строят с помощью предохранителей (рис. 1). При возникновении аварийного сверхтока в распределительной сети, которая, как правило, имеет вероподобный вид, срабатывать должен тот защитный аппарат, который ближе всего размещен к месту аварии (сетевая селективность). Если короткое замыкание возникает на самом нижнем уровне распределительной сети, аварийный ток течет через аппараты всех уровней сети. При этом плавкий элемент любого предохранителя, установленного на более высоком уровне распределительной сети, не должен расплавиться, а отключение тока короткого замыкания произойдет за счет предохранителя, установленного на самом нижнем уровне распределительной сети, если его интеграл срабатывания будет меньше, чем преддуговые интегралы предохранителей, размещенных на более высоких уровнях.

Если защита некоторого объекта осуществляется двумя защитными аппаратами, например, предохранителем и автоматическим выключателем, то один из аппаратов (выключатель) выполняет функции основной защиты, а другой аппарат (предохранитель, который имеет большую способность к выключению) – функции резервной защиты. Этот аппарат должен срабатывать только при мощных коротких замыканиях, когда ожидаемый ток превышает способность к выключению, которую имеет автоматический выключатель, и не срабатывать, если с выключением тока короткого замыкания справится автоматический выключатель.

Одной из важнейших характеристик аппарата защиты от коротких замыканий является характеристика I²t – зависимость интеграла Джоуля (преддугового интеграла или интерграла срабатывания) от ожидаемого тока при определенных условиях в цепи. Так как международные стандарты по предохранителям и выключателям выдвигают условия к характеристикам I²t, то ведущие производители электрооборудования в своих каталогах приводят соответствующие характеристики.

Интегралы Джоуля предохранителей при относительно больших ожидаемых токах практически не зависят от среднеквадратичного значения ожидаемого тока (у некоторых типов предохранителей увеличение ожидаемого тока приводит даже к уменьшению I²t). У предохранителей классов gG и аМ, предназначенных для защиты сетей, интегралы Джоуля также не зависят от ожидаемого тока, поэтому производители приводят в каталога х только количественные значения этих характеристик, которые почти на порядок больше соответствующих характеристик быстродействующих предохранителей. Приблизительно такие же значения I²t имеют и автоматические выключатели.

Интегралы Джоуля определяют экспериментально за счет создания коротких замыканий в экспериментальных установках, собранных по схемам, подобным той, которая изображена на рис. 2. В этой установке ток в цепи короткого замыкания, который возникает при включении короткозамыкателя Q2, и напряжение на предохранителе регистрируется с помощью осциллографа (на схеме не изображен).