Файл: И электроснабжение.pdf

50
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
К достоинствам плавких предохранителей следует отнести следующих факторов: а) простота устройства и не высокая стоимость; б) быстрое отключение цепи при КЗ; в) способность некоторых предохранителей ограничивать ток КЗ.
В предохранитель основными параметрами считаются значения номинального напряжения и тока. Номинальный ток предохранителя должен соответствовать наибольшему току плавкой вставки, которая может быть в нем установлена.
Кроме того, предохранители по некоторым своим характерным свойствам делятся [9]:
1) по способности ограничивать ток при отключении - на токоограничивающие и нетокоограничивающие;
2) по способу гашения дуги - на обеспечивавшие гашение дуги за счет ее тесного соприкосновения с мелкозернистым наполнителем и на обеспечивающие гашение дуги за счет генерирования газов при воздействии дуги на твердый материал корпуса и последующего выхлопа этих газов;
3) по диапазону токов отключения:
- класс 1 - от одночасового тока плавления до номинального тока отключения (предохранители общего значения);
- класс 2 - от нормированного тока отключения, превышающего одночасовой ток плавления, до номинального тока отключения (предохранители для работы совместно с коммутационными аппаратами).
При токах, превышающих ток срабатывания предохранителя, плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время. Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавления вставки с увеличением тока, применяют следующие способы:
1) придают плавкой вставке специальную форму
(выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках);

51
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
2) используют металлургический эффект (напаивают небольшие оловянные шарики на плавкую вставку, выполненную в вине проволоки).
Предохранители до 1000В. В электрических сетях и устройств переменного тока промышленной частоты и постоянного тока напряжением до 1000 ВВ установке переменного и постоянного тока с напряжением до 1 кВ плавкие предохранители применяют для защиты линий, электродвигателей и других приемников электроэнергии от действия токов К.З. и перегрузки. Патрон предохранителя состоит из фибровой трубки с латунными контактными держателями, закрепляющих контактных ножей, к которым присоединяется плавкая вставка. Для отвода избыточного тепла в месте соединения плавкой вставки и ножа установлена массивная медная шайба, предотвращающая произвольный поворот контактных ножей. Патрон вставляют в неподвижные контактные стойки, закрепленные на изолированной плите.
Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезами. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких, но при номинальном режиме избыточное тепло, благодаря теплопроводности цинка, передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру. При перегорании плавкой вставки от действия протекающих токов КЗ или перегрузки образуется электрическая дуга. В основу гашения дуги заложен принцип деления ее на части - разрывы, что обеспечивается самой конструкцией вставки. Нагрев узких участков идет быстрее, чем широких. Вставка перегорает во всех суженных местах. Широкие части под собственной массой падают вниз патрона, улучшая эффективность разрыва электрической дуги.
Высокая температура электрической дуги, воздействуя на стенки фибрового патрона, вызывает образование газов.
Давление газов до 4...8 МПа способствует быстрому охлаждению и гашению электрической дуги. Достоинством предохранителей является простота смены сгоревшей вставки.

52
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
Для уменьшения возникающего при отключении тока КЗ перенапряжений плавкая вставка имеет несколько суженных мест. При их поочередном плавлении полная длина дугового промежутка вводится в цепь не сразу, а ступенями.
Предохранители типа
ПН-2 выполняются на номинальные токи 100...600 А. Корпус фарфоровый, квадратный, имеет резьбовое отверстие для винтов, с помощью которых крепятся крышка с контактными ножами, плавкая вставка, приваренная к шайбам ножей.
Корпус заполнен наполнителем - сухим кварцевым песком и герметически закрыт крышками с асбестовыми прокладками. Плавкие вставки изготовлены из тонких медных лент толщиной 0,15... 0,35 мм и шириной до 4,4 мм: на вставке сделаны прорези, уменьшающие сечения вставки в два раза.
Применение металлургического эффекта позволяет значительно уменьшить ток срабатывания предохранителя при неизменном номинальном токе, т.к. номинальный ток будет зависеть только от сечения плавкой вставки. При перегорании вставки электрическая дуга гасится в узких щелях кварцевого песка. Для уменьшения эффекта токоограничения и, следовательно, перенапряжений используются прорези на плавкой вставке (узкие места), сгорая в которых дуга разделяется на части. Предохранители НПН подобны ПН, но имеют неразборный патрон без контактных ножей и рассчитываются на токи до 60 А. Предельный отключаемый ток в предохранителях ПН-2 достигает 60 кА.

53
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
быстрее повышается температура, тем быстрее расплавляется вставка предохранителя [9].
По конструктивным признакам предохранители на напряжение до 1 кВ разделяются на две группы:
- без наполнителя разборные (ПР-1, ПР-2):
- с наполнителем (насыпные) не разборные и разборные
(НПН-2, ПН-2).
По материалу вставки различают предохранители:
- с большой тепловой инерцией (свинец, его сплавы), выдерживающие значительные кратковременные перегрузки по току (рис. 3.9.);
- безынерционные, с малой тепловой инерцией, т.е. с ограниченной способностью к перегрузкам (медь, серебро, цинк).
Рис. 3.7. Характеристика предохранителя.
Если сравнить предохранителя с остальными защитными аппаратами, то можно убедиться, что предохранители обладают следующими основными преимуществами:
• конструктивно простые и надежные аппараты в эксплуатации;
• обладают большую отключающую способность;
• могут иметь токоограничивающую способность;
Зона токов придельного отключения
Зона токов работы

54
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
• имеют значительно меньшую стоимость.
Рис. 3.8. Размещение предохранитель в радиальной схеме.
Рис. 3.9. Конструкция предохранителя марки ПР-2: а)
с ножевыми контактами; б) со скользящими контактами; 1
- контакт; 2 - колпачок; 3- плавкая вставка; 4 - трубка; 5 -
фиксатор; 6 - шайба; 7 – втулка.

55
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
Рис. 3. 10. Устройство предохранителя ПН-2:1-нож; 2,3
– винты; 4-пластина; 5 – крепежный диск; 6 – плавкая
вставка; 7- фарфоровая трубка; 8 – контактная стойка; 9 –
кольцевая пружина; 10 – Т- образный выступ для рукоятки; 11
– съемная рукоятки; 12 – кварцевый песок.
На ряду с преимуществами, предохранители как уникальные защитные аппараты также имеют недостатки, к которым следует отнести:
• они плохо защищают сеть от перегрузочных токов;
• однократность действия при срабатывании, что вызывает необходимость замены пластинки;
• при срабатывании предохранителя одной фазы трехфазной системы, трехфазные потребители имеют возможность продолжать работу от двух фаз;
• зависимость времени срабатывания плавкой пластинки от температуры окружающей среды;
• невозможности визуальной проверки исправности или контроля срабатывания аппарата.
Принцип действия предохранителей рассмотрим на примере ПР - разборный газогенерирующий предохранитель.
Рабочая часть ПР состоит из фибровой трубки, внутри которой находится плавкая вставка специальной формы из цинкового сплава (рис. 3.9, б). При расплавлении вставки в местах меньшего сечения возникает несколько электрических дуг и под действием высокой температуры некоторая часть

56
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
внутренней части фибровой трубки разлагается, превращаясь в газ. Большое количество газа при высоком давлении (80-100 кг/см
2
) способствует деионизации дуговых промежутков, вследствие чего дуга быстро гаснет. Процесс нагревания вставки различен при небольших токах (перегрузках) и токах
КЗ. При перегрузке вставка нагревается сравнительно медленно, поэтому она не успевает расплавиться, если длительность перегрузки невелика. При токах КЗ узкие места вставки быстро нагреваются до Т
опл
= 420 о
С и все одновременно расплавляются.
Вследствие появления нескольких дуг происходит активное выделение газа, и дуга быстро гасится.
Примерное размещение предохранителей в радиальных схемах цеховых сетей показано на рис. 3.8. Выбор предохранителей для всех точек сети должен обеспечивать селективность (избирательность) их действия. При этом, естественно, предполагается размещение предохранителей по все убывающим величинам номинальных токов вставок.
На рис. 3.7 приведены защитные характеристики плавких вставок предохранителей типа ПН-2 напряжением
500 В, т.е. зависимость времени плавления вставки (медная) от проходящего по ней тока. Корпус ПН-2 заполнен кварцевым песком, что способствует быстрому гашению дуги.
Защита
электродвигателей
(ЭД)
плавкими
предохранителями. Они должны защищать ЭД от токов КЗ, но не должны отключать цепь при пуске ЭД. Эти требования выполняются при соблюдении следующих условий (для плавких вставок с малой тепловой инерцией):
I
н.вст
≥ I
н.дв
,
(2.11)
I
н.вст
≥
????
пуск
К
п
,
(2.12) где I
пуск дв
- пусковой ток ЭД, К
п
- коэффициент кратковременной тепловой перегрузки вставки, учитывающий условия пуска ЭД;

57
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
Для легкого пуска (время разгона не более 10 с) К
п
= 2,5, для тяжелого - частые и длительные пуски (время разгона более 10 с) К
п
= 1,6 - 2,0 для сварочных аппаратов К
п
= 1,6; I
н.вст выбирается по шкале наибольшим значением из (2.11) и
(2.12).
Плавкие вставки с большой тепловой инерцией (свинец и его сплавы) выбираются по условию (2.11). Если известна пусковая характеристика ЭД I
пуск.дв
= f (t) (кривая 1 на рис. 3.7), то, нанеся ее на семейство кривых I
пуск.дв
=
???? (t). выбирается плавкая вставка с такой характеристикой, все точки которой лежат выше кривой I
пуск.дв
= f (t ).
Для проводов и кабелей, питающих группу ЭД от магистрали или силового распределительного шкафа (рис.
3.8), вместо I
пуск.дв
в формуле (2.12) подставляют значение пикового тока линии.
При выборе предохранителей необходимо также учитывать условие селективности их работы в сети.
Выбор предохранителей производится: по напряжению:
U
ном
= U
сет.
,
(2.13) току предохранителя (основания):
I
ном
≥ I
норм.расч
К
ПГ
= I
ном
≥ I
прод.расч
,
(2.14) номинальному току плавкой вставки.
Номинальный ток плавкой вставки выбирается так, чтобы в нормальном режиме и при допустимых перегрузках отключения не происходило, а при длительных перегрузках и
КЗ цепь отключалась возможно быстрее. При этом соблюдаются условия избирательности защиты.
Номинальный ток предохранителя согласуется с выбранным номинальным током плавкой вставки.
Предохранители, выбранные по нормальному режиму, проверяются по предельно отключаемому току:

58
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
I
отк.но
≥ I
по.
,
(2.15)
Предохранители также проверяются на соответствие время-токовых характеристик токоограничения заданным условиям защищаемой цепи
3.6. Порядок работы:
Задание 1. Определить конструктивных элементов
коммутационного аппарата.
1. Изучить устройство и принцип работы основных типов коммутационных устройств;
2. На примере выключателя, тип которого задается преподавателем, найти все конструктивные элементы.
3. Изучить работу коммутационных аппаратов в различных режимах работы.
Задание 2. Выбрать коммутационных аппаратов.
1.
Исходные данные и токи КЗ для выбора коммутационных аппаратов приведены в таб. 3.1.
2. Выбрать тип и марку коммутационных аппарат приведенных на схеме заданной преподавателем.
3. Проверять выбранных аппарат на термическую и динамическую устойчивость.
4. Технические данные выбранных коммутационных аппаратов занести в таблицы 3.2.
Исходные данные для расчета
Таблица 3.1.
№
U
ном
, кВ
I
ном,
А
I
по,
кА
I
п.τ,
кА
I
уд,
кА
I
а.τ,
кА

59
Лист
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата
Каталожные данные
Таблица 3.2.
Вид аппара та
Марка оборудова ния
U
ном
,
кВ
I
ном,
А
I
отк.ном,
кА
I
дин,
кА
I
отк.ном,
кА
Контрольные вопросы
1. Из каких соображений вставки предохранителя ПН имеют несколько вырезов?
2. По каким классификационным признакам отличаются плавкие предохранители?
3. Чем обеспечивается быстродействие предохранителя?
4. Какие материалы используются для плавкой вставки?
5. Какие конструкции плавких вставок вы знаете?
6. В чем заключается токоограничивающие свойства предохранителей?
7. Для чего предназначены автоматические воздушные выключатели? Почему их называют воздушными?
8. Какие основные элементы содержит автоматический выключатель?
9. Чем отличается автомат от рубильника?
10. По каким признакам автоматы подразделяются на установочные и универсальные?
11. Что такое расцепитель, и какие виды расцепителей применяются в воздушных автоматических выключателях?
12. Как выполнены контакты автоматов?
13. Объясните устройство выключателя типа АВМ. С какими расцепителями они выпускаются?
14. Какие неавтоматические выключатели применяются в
РУ низкого напряжения?