Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок - файл n4.doc

приобрести
Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок
скачать (5053.5 kb.)
Доступные файлы (22):
n1.doc2596kb.20.08.2002 16:08скачать
n2.doc59kb.19.08.2002 13:03скачать
n3.doc529kb.20.08.2002 16:15скачать
n4.doc1096kb.20.08.2002 16:18скачать
n5.doc642kb.20.08.2002 16:19скачать
n6.doc1727kb.20.08.2002 16:36скачать
n7.doc3660kb.19.08.2002 13:13скачать
n8.doc529kb.15.08.2002 16:43скачать
n9.doc1445kb.20.08.2002 16:44скачать
n10.doc940kb.21.08.2002 11:52скачать
n11.doc58kb.10.12.2002 11:31скачать
Oblogka_Titul.doc94kb.11.12.2002 11:44скачать
n13.doc148kb.21.08.2002 12:25скачать
n14.doc47kb.26.06.2002 14:28скачать
n15.doc298kb.19.08.2002 13:05скачать
n16.doc53kb.11.12.2002 09:47скачать
n17.doc55kb.11.07.2002 15:04скачать
n18.doc63kb.12.08.2002 09:58скачать
n19.doc79kb.12.08.2002 10:18скачать
n20.doc60kb.25.07.2002 14:25скачать
n21.doc38kb.18.04.2002 11:18скачать
n23.doc69kb.04.07.2002 10:25скачать

n4.doc

  1   2   3
Глава 3

АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Аппараты защиты предназначаются для защиты электрических сетей, машин и аппаратов от аварийных режимов (например, коротких замыканий, перегрузок), угрожающих сохранности электрооборудования и безопасности персонала. Однако при неправильном монтаже и эксплуатации они сами могут быть причиной аварии, пожара или взрыва, так как во время их работы возникают электрические искры, дуги и прочее.

Наиболее часто применяемыми аппаратами защиты являются плавкие предохранители, воздушные автоматические выключатели (автоматы), реле (в учебнике рассматриваются только тепловые реле, применяемые в магнитных пускателях) и устройства защитного отключения (УЗО).

3.1. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Принцип устройства и работы плавких предохранителей

Плавким предохранителем называется устройство, в котором при токе, превышающем допустимое значение, расплавляется плавкий элемент плавкой вставки и размыкается электрическая цепь. Плавкий предохранитель состоит из плавкой вставки, поддерживающего ее контактного устройства и патрона (корпуса). Основной частью плавкой вставки является плавкий элемент. Плавкая вставка подлежит замене после срабатывания предохранителя.

Многие предохранители имеют специальные устройства для гашения дуги, образующейся при расплавлении плавкого элемента вставки. Обычно плавкие вставки находятся внутри патрона, покрытого изоляционной оболочкой, армированного деталями для крепления вставки и подвода к ней тока. По конструкции плавких вставок предохранители бывают разборными и неразборными. Разборные допускают замену плавких элементов после срабатывания на месте эксплуатации без специального инструмента. У неразборных замене подлежит вся плавкая вставка.

Различают предохранители с наполнителем, у которых дуга гасится в порошковом, зернистом или волокнистом веществе (тальк, кварцевый песок и т.д.), и без наполнителя, у которых гашение дуги происходит благодаря высокому давлению в патроне или движению газов. Предохранители иногда имеют визуальный указатель срабатывания, позволяющий судить о расплавлении плавкого элемента вставки при срабатывании.

Действие плавких предохранителей основано на том, что электрический ток в плавкой вставке выделяет тепло. Тепловое действие тока, протекающего через предохранитель, характеризуется джоулевым интегралом . При нормальных условиях это тепло отводится в окружающую среду путем излучения, конвекции и теплопроводности (главным образом через контакты). Если количество выделяющегося во вставке тепла больше отводимого, избыток тепла будет повышать температуру вставки до тех пор, пока снова не будет достигнут тепловой баланс при новой температуре или вставка расплавится (перегорит). Она может быть разорвана электродинамическими силами и до начала плавления. Плавкие предохранители характеризуются следующими параметрами.

Номинальное напряжение Uн.пр – напряжение, указанное на предохранителе и соответствующее наибольшему номинальному напряжению сетей, в которых разрешается установка данного предохранителя. Так, предохранители типа ПР-2 первого габарита (меньших размеров) имеют маркировку 250 В и могут устанавливаться в сетях с номинальным напряжением до
250 В постоянного тока и до 380 В переменного тока. Предохранители ПР-2 второго габарита (больших размеров) имеют маркировку 500 В и могут устанавливаться в сетях напряжением 500 В и ниже (см. прил. 1).

Номинальный ток предохранителя Iн.пр – ток, указанный на предохранителе и равный наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данного предохранителя. На этот ток рассчитаны все токоведущие контактные части предохранителя.

Номинальный ток плавкой вставки Iн.вст – ток, указанный на вставке, для которого она предназначена, при длительной работе. Номинальный ток предохранителя всегда должен быть больше или равен номинальному току плавкой вставки, т.е. Iн.прIн.вст.

Пограничный ток плавкой вставки I - ток, при котором вставка расплавится через промежуток времени, достаточный для достижения ею установившейся температуры. Это время обычно равно 1-2 ч. Ток I больше Iн.вст.

Предельный ток отключения предохранителя Iпр.пр – наибольшее значение тока КЗ сети, при котором гарантируется надежная работа предохранителей, т.е. дуга гасится без каких-либо повреждений патрона.

Защитная характеристика предохранителя

Предохранители обладают защитной, или времятоковой характеристикой (рис. 3.1). Она представляет собой зависимость времени полного отклонения ?откл от отношения ожидаемого тока в цепи (тока КЗ или перегрузки I) к номинальному току плавкой вставки.

В полное время отключения входит время нагревания вставки повышенным током I, ее расплавление, появление дуги и гашение. Откладывая кратности тока по горизонтальной оси и время ?откл по вертикальной, имеем кривую

?откл = f (I/Iн.вст). (3.1)


Рис. 3.1. Типовая защитная характеристика предохранителя ПН-2
Характеристика (см.рис. 3.1) является типовой, т.е. она относится не к одному предохранителю, а к серии подобных предохранителей на разные номинальные токи Iн.вст. Если требуется характеризовать каждую вставку отдельно, на горизонтальной оси откладывают не кратность тока нагрузки, а ток.

Характеристики отдельных предохранителей отклоняются от средних значений из-за производственных допусков в размере и составе плавких вставок, различного качества и количества контактов, а также старения материала вставок в процессе эксплуатации. Поэтому защитную характеристику изображают не линией, а в виде полосы (см. рис. 3.1), в пределах которой лежит возможное время отключения.

Обычно все характеристики предохранителей в связи с широким диапазоном изменения их параметров принято изображать в виде семейства графиков с логарифмическим масштабом для различных номинальных токов плавкой вставки.

Защитная характеристика позволяет определять надежность защиты элементов электроустановок плавкими предохранителями от токов перегрузки и КЗ. Для этого на совмещенном графике необходимо сопоставить защитную характеристику предохранителя и тепловую характеристику защищаемого элемента (провода, кабеля, электродвигателя и т.п.).

Тепловая характеристика элемента электрической установки изображается кривой и выражает зависимость промежутка времени, в
течение которого температура этого элемента станет предельно допустимой, от отношения фактического тока в нем
Iк номинальному току Iн, т.е.

?нагр = f (I/Iн). (3.2)


Рис. 3.2. Сопоставление защитных характеристик плавких вставок с тепловой характеристикой защищаемого элемента электроустановки:

а, с – защитные характеристики; b – тепловая характеристика
На рис. 3.2 сопоставлены защитные характеристики плавких вставок предохранителей и тепловая характеристика элемента электрической установки. Вставка с характеристикой a обеспечивает защиту элемента электроустановки с тепловой характеристикой b при любой кратности тока. Вставка с характеристикой с может обеспечивать защиту того же элемента только при значительных кратностях, в данном случае при кратности более четырех. При меньших кратностях температура защищаемого элемента может превысить предельно допустимую раньше, чем перегорит вставка, а элемент повредится. Поэтому для улучшения защитных характеристик плавких вставок, зависящих в основном от отношения I /Iн.вст, необходимо, чтобы это отношение было как можно меньше при малом времени отключения ?откл, т.е. характеристика должна быть пологой. Вместе с тем слишком малое отношение I /Iн.вст явилось бы причиной ложных отключений при небольших перегрузках, часто возникающих при эксплуатации и не представляющих опасности для элемента. Такие отключения недопустимы, так как нарушают нормальную работу технологических установок. Поэтому для плавких вставок принято отношение I /Iн.вст от 1,25 до 2,0.

Таким образом, условием безопасности и надежности защиты элемента электроустановки предохранителем является соотношение

. (3.3)

Способы улучшения защитных характеристик предохранителей

Улучшить защитные характеристики можно выбором материала для плавкой вставки, применением вставок с так называемым металлургическим эффектом, выбором рациональной конструкции плавкой вставки, т.е. ее длины и формы.

Материал плавкой вставки. Плавкие вставки обычно изготовляют из меди, серебра, олова, свинца, цинка, алюминия и их сплавов. Материал очень влияет на защитную характеристику вставки. Экспериментально установлено, что вставки из легкоплавких металлов - олова, свинца, цинка и алюминия - более удобны для защиты элементов электроустановок от токов перегрузки, так как позволяют получить большую выдержку времени. Вставки из этих материалов обладают большим удельным электрическим сопротивлением и малой теплопроводностью. Однако масса вставки из этих металлов при одинаковом номинальном токе больше, чем масса вставки из меди или серебра. Это снижает разрывную способность предохранителя.

Вставки из меди и серебра дают меньшую выдержку времени при перегрузках, что ухудшает их защитные характеристики. Существенным недостатком таких вставок является сравнительно высокая температура их плавления (они тугоплавки). При длительном токе, меньшем, чем ток плавления, вставки могут нагреваться до температуры выше 900 оС. Столь высокий и длительный нагрев плавких вставок может привести к чрезмерному перегреву контактной системы и корпуса предохранителя, особенно закрытого, вызвать их разрушение. Однако применение медных и серебряных вставок повышает разрывную способность предохранителей, так как увеличивается предельный ток отключения Iпр.

Большая разрывная способность вставок из тугоплавкого металла явилась предпосылкой для применения плавких вставок с так называемым металлургическим эффектом. Для металлургического эффекта в середине вставки из тугоплавкого металла напаивают шарик из легкоплавкого металла (рис. 3.3). Физическая сущность металлургического эффекта заключается в растворении более тугоплавкого материала вставки (медь, серебро) в легкоплавких средах (олово, сплав олова с кадмием и др.), причем диффундирование меди или серебра повышается с увеличением температуры. Такая вставка имеет более благоприятную защитную характеристику от токов перегрузки и перегорает при меньшем значении отношения I/Iн.вст и невысокой температуре (примерно в два-три раза меньше, чем температура плавления основного металла). Размер шарика (называемого также металлическим растворителем) влияет на работу вставки. При слишком малом шарике металлургический эффект мал, при слишком большом - отвод тепла от вставки в месте нахождения шарика настолько снижает температуру вставки, что шарик не плавится и металлургический эффект ослабляется. Оптимальный диаметр, например, оловянного шарика в центре медной проволоки диаметром от 0,25 до 0,6 мм составляет 1-2 мм.



Рис. 3.3. Плавкая вставка (элемент) с металлургическим эффектом:

1 – медь; 2 – свинец или олово; 3 – наконечник (контакт)
С точки зрения конструктивного исполнения на защитную характеристику влияет главным образом длина и форма вставки. Увеличение длины повышает пограничный ток вставки. Для предохранителей напряжением от 120 до 500 В оптимальная активная длина вставки составляет 70 мм. При меньшей длине снижается разрывная способность предохранителя.

Для уменьшения объема расплавляемого металла и увеличения быстроты разрыва при КЗ для одного и того же пограничного тока I вставки делают с несколькими параллельными ветвями, что увеличивает разрывную способность предохранителя и уменьшает время гашения дуги.

В некоторых типах предохранителей используются плавкие вставки, имеющие два-четыре коротких перешейка А-А (рис. 3.4). В этих перешейках повышаются электрическое сопротивление, плотность тока и выделяется больше тепла, чем в широких частях. В нормальных условиях это тепло отводится к менее нагретым частям вставки и контактным ножам предохранителя, с которых оно рассеивается в окружающую среду. При токах КЗ перешейки быстро нагреваются до температуры плавления металла, и плавкая вставка расплавляется во всех перешейках. При перегрузках вставка нагревается значительно медленнее, чем при токах КЗ, и благодаря лучшему охлаждению ее широких мест она расплавляется обычно только в одном месте, чаще всего в средней части, например на линии А-А.


Рис. 3.4. Плавкая вставка (элемент) предохранителя
типа ПР-2
При эксплуатации следует обратить внимание на недопустимость применения нестандартных, некалиброванных плавких вставок из медных или других проволок («жучков»). Пограничные и номинальные токи такой вставки и защитная характеристика предохранителя имеют крайне неопределенные значения. При таких вставках вероятны местные перегревы, порча и даже разрыв патронов (например, предохранителей типа ПР-2), резкое изменение коммутационной (разрывной) способности предохранителей. Все это может вызвать аварии и пожары.

Типы плавких предохранителей для установок
напряжением до 1000 В


По конструкции предохранители могут быть разделены на следующие типы: открытые (или пластинчатые), трубчатые и однополюсные резьбовые (пробочные).

Открытые (пластинчатые) предохранители конструктивно просты и представляют собой открытую одиночную проволоку (или несколько параллельных проволок), впаянную в медные или латунные плоские наконечники. Они не имеют дугогасительных устройств и поэтому обладают малой разрывной способностью. При расплавлении вставки образуется открытая дуга, разбрызгивается расплавленный металл, распространяются раскаленные и ионизированные газы. Все это опасно для обслуживающего персонала, а также увеличивает возможность пожара, особенно в пожароопасных помещениях. Поэтому применение открытых предохранителей следует запрещать.

Трубчатые предохранители изготавливаются либо с закрытыми фибровыми трубками, либо с закрытыми стеклянными или фарфоровыми трубками, заполняемыми мелкозернистым песком. Предохранители с закрытыми фибровыми трубками типа ПР-2 (рис. 3.5) используются в установках постоянного и переменного тока напряжением 220 В (короткие) и 500 В (длинные), рассчитаны на номинальные токи от 6 до 1000 А. Эти предохранители устанавливают в различные распределительные устройства (щиты, шкафы, ящики). Они допускают присоединение не только медных, но и алюминиевых проводов, кабелей или шин. При перегорании плавкой вставки и появлении дуги фибровая трубка обгорает. Выделяемые при этом теплоемкие газы деионизируют дугу и создают в патроне высокое давление, пропорциональное энергии, выделяющейся в дуге, и обратно пропорциональное внутреннему объему патрона. При больших токах КЗ оно достигает 150 кПа и способствует быстрому и интенсивному гашению дуги.




Рис. 3.5. Предохранитель трубчатый ПР-2:

1 – фибровая трубка; 2 – латунная втулка; 3 – латунный колпак; 4 – контактные ножи; 5 – болты; 6 – цинковая плавкая вставка (элемент)
При отключении тока КЗ благодаря энергичной деионизации дуги в закрытом патроне сопротивление ее настолько быстро и значительно увеличивается, что ток КЗ в цепи вынужденно уменьшается до нуля раньше, чем в цепи переменного тока он достигает ударного значения, а в цепи постоянного тока - установившегося значения. Так, в цепи с действующим током КЗ, равным 50 000 А, предохранитель с плавкой вставкой на 6 А произведет отключение при токе всего лишь 400 А. Такие предохранители называют токоограничивающими. Их предельная разрывная способность достаточно велика и характеризуется данными табл. 1 прил. 1.

В предохранителях типа ПР-2 следует использовать только цинковые плавкие вставки, так как температура внутри трубки не должна быть выше температуры плавления цинка (400 оС). Эти предохранители обладают рядом недостатков: их разрывная способность мала для современных промышленных установок, защитная характеристика нестабильна, так как сопротивление контакта вставки с ножами патрона зависит от степени затяжки болтов. Предохранители велики по размерам, недостаточно надежны (прогорают фибровые корпуса) и дорогостоящи.

В предохранителях с мелкозернистым наполнителем плавкие вставки помещены в закрытые трубки, заполненные мелкозернистым изоляционным наполнителем (обычно кварцевым песком). Раскаленные и ионизированные газы, образующиеся после испарения плавкой вставки, проникая в промежутки между зернами наполнителя и соприкасаясь с поверхностью последних, деионизируются. Капельки металла, разбрызгиваясь в стороны и проникая в глубь наполнителя, конденсируются на его поверхности. Зерна наполнителя хорошо поглощают тепло, охлаждают газы и тем самым резко снижают давление в патроне в момент испарения вставки. Кроме того, для предупреждения перегрева патрона при длительной перегрузке вставки, не сопровождающейся ее расплавлением, используют металлургический эффект.

Кварцевые предохранители являются также токоограничивающими. Время гашения в таком предохранителе настолько мало, что ток не успевает достичь того наибольшего значения, которого достиг бы при КЗ в установке без предохранителей. Например, предохранители типа ПН-2-100 пропускают ток КЗ, не превышающий 5 кА. В то же время предельная отключающая способность предохранителя достигает 50 кА. К группе предохранителей с мелкозернистым наполнителем относятся предохранители типов: НПН, ПН-2, ПНБ5, ППЗ1, ПП24, ПП17, ПТ23, ПТ26, ПР23, ПР26 и др. В новой серии предохранителей все токоведущие части выполняются из алюминия и его сплавов.

Для защиты автоматических воздушных выключателей, магнитных пускателей и контакторов при больших токах КЗ, превышающих их отключающую способность, освоена новая серия предохранителей ПП26 на токи от 25 А с номинальным напряжением 400 В. Для этих предохранителей характерно повышенное время плавления плавкого элемента при токах 6-10 Iн.вст и быстрое срабатывание при токах КЗ. Поскольку эти предохранители применяются с автоматическими воздушными выключателями или тепловыми реле, они названы сопутствующими. Такие предохранители не могут быть использованы для отключения малых токовых перегрузок.

На рис. 3.6 показан предохранитель типа ПН-2-400. Патрон предохранителя, заполненный сухим кварцевым песком, состоит из двух контактных ножей 1; квадратной фарфоровой трубки 2 с круглым отверстием в центре; двух металлических крышек 3, прикрепленных винтами к торцам трубки; плавких вставок 4, укрепленных на ножах. Плавкие вставки штампуют из тонкой медной ленты. На средней части пластин вставки напаяно олово 5 (растворитель). В этих местах пластины расплавляются при токах перегрузки. При КЗ пластины вставки расплавляются в местах 6.

Контактные ножи патрона врубаются в штампованные медные стойки 7, укрепленные на изоляционной плите 8. Зажимы 9 служат для присоединения шин или проводов. Предохранители этой серии в зависимости от типа исполнения могут иметь указатели срабатывания и свободный контакт.

Благодаря большой отключающей способности предохранители ПН-2 даже с небольшим номинальным током могут быть использованы для защиты ответвлений в мощных электрических системах. По сравнению с другими предохранителями отечественного производства они более надежны, имеют наиболее устойчивую защитную характеристику, меньшие размеры и стоимость. Так как при расплавлении вставки пламя и ионизированные газы не выбрасываются из предохранителей, это весьма упрощает их установку в распределительных устройствах, повышает пожарную безопасность и безопасность обслуживания.

Однополюсные резьбовые (пробочные) предохранители типов Ц-27, Ц-33, ПРС, ПД, ПДС и другие применяются в тех случаях, когда требуется очень малые габариты распределительных устройств. Предохранители
Ц-27 и Ц-33 отличаются только диаметром резьбы.

Предохранители ПД и ПДС по сравнению с предохранителями Ц-27 (600 А) и Ц-33 (1000 А) обладают более высокой разрывной способностью (от 2000 до 15 000 А). Это достигается заполнением внутренней части корпуса пробки кварцевым песком, облегчающим гашение дуги. Предохранители ПД и ПДС предназначены для непосредственной установки на токоведущие шины распределительных устройств.

Предохранитель ПП24-25 – предохранитель плавкий пробочный; 24 - номер серии; 25 - номинальный ток предохранителя. Предназначен для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических сетей с номинальным напряжением до 660 В переменного тока и 440 В постоянного тока. Состоит из изоляционного основания с контактами в сборе; неразборной плавкой вставки с указателем срабатывания; головки (держатель плавкой вставки) с резьбовым контактом в сборе. Плавкая вставка с керамическим корпусом и серебряным плавким элементом заполнена кварцевым песком. Предохранитель имеет контрольное устройство, препятствующее установке плавкой вставки на больший номинальный ток.

Предохранитель ПП17 – предохранитель плавкий, 17 - номер серии, номинальное напряжение 380 В, номинальный ток предохранителя 1000 А. Предназначен для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических сетей трехфазного переменного тока. Состоит из контактов основания с крепежными деталями, плавкой вставки, помещенной в керамический корпус, заполненный кварцевым песком, указателя срабатывания и свободного контакта.

При расплавлении плавкой вставки предохранителя перегорает плавкая вставка указателя срабатывания, освобождая взведенный при сборке указателя боек, который переключает свободный контакт.

Предохранители ПТ23, ПТ26 (предохранители трубчатые) и ПР23, ПР26 (предохранители-разъединители) имеют плавкие вставки типа ВТФМ (В - вставка; Т - трубчатая; Ф - фарфоровая; М - модернизированная). Являются токоограничивающими с коэффициентом токоограничения 0,3 - 0,4.

Предохранители ПТ состоят из фенопластового основания, на котором неподвижно закреплены контактные стойки с крепежными узлами для присоединения внешних проводников. В контактные стойки входят плавкие вставки трубчатой формы, корпус которых изготовлен из фарфора (вставки типа ВТФМ).

Предохранители-разъединители ПР состоят из следующих основных частей: корпуса из двух половин, между которыми расположены плавкие вставки ВТФМ на неподвижно зафиксированных контактах предохранителя с крепежными элементами для подсоединения проводников; скобы-стяжки для крепления обеих половин корпуса; защелки для установки разъединителя. Рукоятка устанавливается подвижно между двумя половинами корпуса. Включение и отключение разъединителя осуществляется поворотом рукоятки. Предохранители имеют исполнения с сигнализацией о срабатывании предохранителя и без сигнализации.

В исполнениях с сигнализацией панель сигнализации расположена в рукоятке и состоит из индуктора единичного типа АЛ 37 В, диода кремниевого КД 521 В, резистора МЛТ-0,25-100 кОм. Контакты панели сигнализации соединены параллельно с элементом плавкой вставки, и индуктор при ее перегорании начинает светиться.

Предохранители ПР и ПТ могут устанавливаться в комплектные распределительные устройства.

Большая группа плавких предохранителей серий: ПП38, ПП40, ПП50, ПП60С, ПП60М, ППА и др. с неразборными плавкими вставками предназначены для защиты полупроводниковых тиристорных приводов, выпрямителей, выпрямителей для электролиза, преобразователей различного назначения, требующих малого времени отключения при коротких замыканиях в цепях переменного или пульсирующего тока частотой 50 и 60 Гц и в цепях постоянного тока.

Технические данные некоторых типов и серий плавких предохранителей приводятся в табл. 1 прил. 1.

3.2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ (АВТОМАТЫ)

Для более надежной защиты электрических сетей от токов перегрузки и КЗ применяются автоматические выключатели, которые одновременно могут служить для нечастых коммутаций электрических сетей. Поэтому их следует широко использовать в электроустановках пожаро- и взрывоопасных производств.

Автоматы различают по их быстродействию. Ниже рассматриваются только небыстродействующие автоматы, получившие большое распространение на промышленных предприятиях, у которых собственное время отключения не менее 10 мс.

Устройство и принцип работы небыстродействующих
автоматов


Автомат состоит из корпуса, подвижных и неподвижных контактов, дугогасительных камер, механизма управления, механизма свободного расцепления и расцепителя.

Корпус автомата выполнен из пластмассы, фарфора или стали и состоит из основания, на котором непосредственно монтируют части автомата и крышки. Корпус закрывает все части, обеспечивая безопасность персонала при срабатывании автомата и его обслуживании.

У многих автоматов контакты каждого полюса заключены в дугогасительную камеру, где дуга гасится дроблением и деионизацией ее в щелях между поперечными металлическими пластинками.

Механизм управления обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, не зависящей от скорости движения кнопки или рычага. Он может представлять собой рычаг с рукояткой или кнопку включения и отключения, по положению которых определяется коммутационное положение контактов автомата.

Основным узлом, обеспечивающим автоматическое срабатывание автомата при ненормальном режиме, является расцепитель. В автоматах наиболее часто используются расцепители максимального тока, которые срабатывают при токе, превышающем ток уставки. В зависимости от встраиваемых расцепителей максимального тока автоматы изготовляются с электромагнитным расцепителем М, тепловым расцепителем Т и комбинированным расцепителем МТ (т.е. электромагнитным и тепловым).

На рис. 3.7 представлены автоматы с электромагнитным расцепителем. Во включенном положении автомат удерживает защелка 4, сцепленная с рычагом 3 рукоятки 10. Пружина 7 обеспечивает надежность этого сцепления. При нормальном токе якорь 8 защелки 4 стремится притянуть к сердечнику электромагнита 9, но этому препятствует пружина. Когда ток в защищаемой цепи превышает установленное значение (например, при КЗ), якорь 8 притягивается к сердечнику, защелка поворачивается на оси 5 и освобождает рычаг 3. После этого под действием отключающей пружины 2 и собственного веса подвижного контакта 1 автомат отключается. Положение защелки при отключенном автомате определяется упором якоря 6.


Рис. 3.7. Принципиальная схема однополюсного автомата с электромагнитным расцепителем максимального тока без выдержки времени:

а – электрическая схема: б – монтажная схема; 1 – подвижный

контакт; 2 – отключающая пружина; 3 – рычаг; 4 – защелка; 5 – ось;

6 – упор якоря; 7 - пружина сцепления; 8 – якорь; 9 – электромагнит;

10 - рукоятка
В электросиловых установках часто возникают кратковременные повышенные токи, не опасные для установки (например, пусковые токи электродвигателей). Чтобы избежать отключения цепи при таких токах, расцепитель максимального тока устанавливают на ток срабатывания, который превышает значение кратковременных больших токов. При этом автомат перестает защищать электрооборудование от всех перегрузок, не превышающих ток срабатывания.

Большинство автоматов имеют расцепители максимального тока без выдержки времени и мгновенно отключаются. Некоторые автоматы снабжаются расцепителем максимального тока с выдержкой времени, т.е. приспособлением, которое создает определенный промежуток времени между воздействием тока на автомат и моментом отключения цепи. Для выдержки времени используются часовой механизм, масляный или воздушный тормоз, электромагнитные замедлители и т.д. У таких автоматов сердечник электромагнита вернется в исходное положение, если толчок тока закончится прежде, чем механизм выдержки времени позволит освободить защелку. Существенным недостатком автомата, представленного на рис. 3.7, является отсутствие механизма свободного расцепления, автоматически отключающего автомат при КЗ и в том случае, когда по каким-либо причинам подвижный его контакт 1 долгое время удерживается рукой во включенном положении. Этот механизм выполняют в виде системы ломающихся рычагов. Автоматы без механизмов свободного расцепления недостаточно надежны и небезопасны при обслуживании. Применение автоматов без механизма свободного расцепления для защиты электроустановок пожаровзрывоопасных производств недопустимо.



Рис. 3.8. Схема теплового расцепителя максимального тока
косвенного действия:

1 – ось; 2 – защелка; 3 – нагревательный элемент; 4 – биметаллический
элемент; 5 – пружина; 6 – тяга; 7 – контакты
На рис. 3.8 представлены автоматы с тепловым расцепителем. Такой расцепитель действует при помощи биметаллического элемента 4, который представляет собой две механически связанные пластины из металлов с различными температурными коэффициентами расширения. Тепло, выделяемое нагревательным элементом 3, включенным в цепь главного тока Iгл (защищаемую цепь), воздействует на биметаллический элемент. При перегрузке цепи главного тока обе пластины биметаллического элемента, нагреваясь, значительно, но неодинаково удлиняются, вследствие чего биметаллический элемент изгибается вверх и выходит из зацепления с защелкой 2. Последняя под действием пружины 5 поворачивается вокруг оси 1 по часовой стрелке и изоляционной тягой 6 размыкает контакты 7, прерывая цепь оперативного тока Iоп. Это соответствует нажатию кнопки «Стоп» в схеме магнитного пускателя. Часто в автоматах с тепловым расцепителем нагревательный элемент отсутствует, и ток протекает по биметаллическому элементу. После срабатывания тепловой расцепитель должен остыть, и только потом автомат может быть включен вновь.

Для тепловых расцепителей характерно: чем больше ток, тем быстрее нарастает температура биметаллического элемента, тем быстрее он изгибается и производит отключение. Поэтому автоматы с тепловыми расцепителями защищают от перегрузок с обратнозависимой от тока выдержкой времени.

В автоматах с комбинированным расцепителем при относительно небольших токах перегрузки действует тепловой расцепитель с выдержкой времени. При токах КЗ выше определенной величины срабатывает электромагнитный расцепитель мгновенного действия (дает отсечку) до того, как биметаллическая пластина успеет нагреться и изогнуться.

Таким образом, отключение автомата при срабатывании любого расцепителя происходит вследствие воздействия на механизм свободного расцепителя. При этом нарушается связь между механизмом управления и контактами, и они переходят в отключенное положение под действием отключающих пружин независимо от положения механизма управления.

Как уже отмечалось, одной из важнейших характеристик аппаратов защиты является их быстродействие. Этот параметр особо важное значение имеет в случаях, когда нагрузкой электрических сетей являются полупроводниковые преобразователи, выпрямители и другие устройства на основе полупроводниковых элементов: транзисторов, тиристоров, симисторов.

Одним из недостатков полупроводниковых преобразователей, как и других полупроводниковых устройств, является их низкая перегрузочная способность по току. Это выдвигает новые специфические требования к аппаратам защиты по токовой защите полупроводниковых устройств, которыми не обладают автоматы с электромагнитными расцепителями и многие типы плавких предохранителей.

Указанным требованиям отвечают автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями на базе силовых полупроводниковых элементов (см. п. 5.5, рис. 5.12 и 5.13).

В конструкции автоматических выключателей с полупроводниковыми расцепителями эффективно сочетаются функции защиты и управления. Они обладают большим быстродействием и высокой селективностью защиты. Кроме того, они имеют высокую износостойкость, большой срок службы и высокую надежность работы. Полное время включения не превосходит 30 мкс, а отключения 0,01 с.

Блок-схема полупроводникового расцепителя переменного тока селективного исполнения представлена на рис. 3.9. С измерительных элементов 1 (трансформатор тока), установленных в каждом полюсе выключателя, сигналы, пропорциональные току в защищаемой сети, поступают на схему выделения наибольшего сигнала 2, откуда последний поступает на входы блоков перегрузки и короткого замыкания (КЗ). Блок питания 10 обеспечивает питание схемы полупроводникового расцепителя и обмотки независимого расцепителя.


Рис. 3.9. Блок-схема полупроводникового расцепителя
переменного тока селективного исполнения
Блок перегрузки включает реле перегрузки 5 и элемент временной задержки (с обратнозависимой от тока характеристикой), построенный на основе релаксационного генератора 8 и магнитного накопительного счетчика 7.

Блок КЗ состоит из реле короткого замыкания 3 и элемента временной задержки 4 с независимой от тока характеристикой срабатывания. Величина временной задержки определяется уставкой тока короткого замыкания, которая не регулируется при эксплуатации.

Выходные сигналы блоков перегрузки и короткого замыкания поступают на схему формирователя выходного сигнала 9 и далее на вход независимого расцепителя, который воздействует на механизм управления автоматического выключателя.

При возникновении в сети тока КЗ, превышающего соответствующую уставку, срабатывает реле короткого замыкания 3 и выходной сигнал реле через элемент задержки 4 поступает на вход формирователя 9.

При возникновении в сети тока перегрузки, превышающего заданную уставку, срабатывает реле перегрузки 5, выполненное на основе компаратора. Сигнал, генерируемый компаратором, через схему распределения сигналов 6 поступает сначала на вход «сброс» накопительного счетчика 7, а затем на вход «запись» того же счетчика. Импульсы на счетчик поступают с выхода генератора 8. Сигнал переполнения счетчика через элемент 6 поступает на схему формирователя сигнала 9.

Автоматы характеризуются следующими параметрами:

Номинальное напряжение Uн.а - напряжение, соответствующее наибольшему номинальному напряжению сетей, в которых разрешается применять данный автомат.

Номинальный ток Iн.а - наибольший ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части автомата, равный наибольшему из номинальных токов расцепителя.

Номинальный ток расцепителя
  1   2   3


Глава 3 АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации