АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ
К этой группе аппаратов относятся: плавкие предохранители; тепловые реле; реле максимального тока и напряжения; реле обрыва фазы; автоматические воздушные выключатели (автоматы) и синхронные выключатели.
2.1. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Предназначены для защиты сети от токов короткого замыкания. Процесс срабатывания плавкого предохранителя (ПП) можно разделить на следующие стадии:

а) нагревание до температуры плавления;

б) плавление и испарение материала;

в) возникновение и гашение дуги с восстановлением изоляционных свойств межконтактного промежутка.


Основной характеристикой ПП является защитная характеристика (рис.2.1), а характерной точкой - пограничный ток - это значение тока, при котором время срабатывания плавкой вставки более 1 часа. Минимальный ток срабатывания должен быть как можно ближе к . Материал предохранителей: медь ( 1083°С), серебро( 960°С), цинк ( 419°С),свинец( 327°С). Гашение дуги обеспечивается при достаточной для этого длине её столба, т.е. определяется длиной ПП, обычно она составляет 50 - 70 мм.

По конструкции ПП бывают:

- открытые (плавкие вставки в воздухе) или помещенные в фарфоро- ровую трубку (стеклянную колбу);

- разборные;

- засыпные.

Открытые ПП применяются при небольших (номинальных) токах ( 20 А) и напряжениях З8О В. Если ПП поместить в фарфоровую трубку, то дуга не «перекидывается» на зажимы, исключая тем самым их выгорание.

Разборные предохранители ( <(10-30) кА, 550 В) с фигурной вставкой позволяют снизить давление внутри трубки, так как оно может достигать сотен атмосфер, что недопустимо по соображениям механической прочности.

Для более эффективного гашения дуги при больших токах ( >30 кА, >550 В) используются запасные ПП. Наполнитель - кварцевый песок. При этом ухудшаются условия горения дуги, так как уменьшается свободный пробег заряженных частиц, а следовательно, вторичная ионизация; за счет близости частиц улучшаются условия теплоотдачи.

Расчет ПП состоит в следующем. Расчетной исходной величиной является . Расчетный пограничный ток берется несколько больше

номинального тока . Отношение для различных вставок равно:

медные вставки	= 1,6 - 2,0;
серебряные вставки	= 1,1 - 1,6;
цинковые и свинцовые вставки	= 1,25 - 1,45.

Этот запас расчётного пограничного тока предохранителя в отношении к номинальному току определяется возможностью снижения фактического пограничного тока из-за уменьшения сечения плавкой вставки в эксплуатации вследствие её коррозии и технологических отклонений при изготовлении. Плавкая вставка не должна иметь заниженное сечение ещё и потому, что в длительном режиме протекания номинального тока изоляционные и контактные детали предохранителя могли бы нагреться до недопустимо высокой температуры. Учёт этого обстоятельства также приводит к необходимости повышения пограничного тока по отношению к номинальному.

Пограничный ток бесконечно длинной открытой плавкой вставки в воздухе можно рассчитать на основе уравнения баланса подводимой и отводимой мощностей

,

где - коэффициент теплопередачи с наружной поверхности вставки;

- температура плавления материала вставки, которая достигается при пограничном токе; - температура окружающей среды.

Сопротивление плавкой вставки связано с удельным сопротивлением материала вставки, его температурным коэффициентом , длиной и сечением вставки соотношением

.

Боковая поверхность охлаждения выражается через периметр поперечного сечения и длину вставки : . С учетом этих зависимостей получаем окончательное выражение для пограничного тока

.

Для круглой плавкой вставки диаметром эта формула принимает вид .

Если в неё вместо подставить произведение , то можно получить связь между диаметром и номинальным током плавкой вставки.

Имеется ряд эмпирических формул для определения пограничного тока от крытых плавких вставок в воздухе, одна из них имеет вид:

,

где - диаметр вставки, мм.

Константа имеет следующие значения для различных материалов:

медь	= 60;	олово	= 128;
серебро	= 44;	свинец	= 24,6.

2. 
   ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ
   

Тепловые реле (ТР) предназначены для защиты потребителей при незначительных по величине перегрузках по току (1,1 - 1,5) , но длительных во времени. Чувствительный элемент - биметаллическая пластина, которая при нагреве изгибается и переводит контактную систему в отключённое состояние (рис. 2.2, состояние II). Для замыкания контактов предусмотрена кнопка возврата (КВ). Тепловое реле имеет небольшую регулировку по времени срабатывания. Основное требование к свойствам материалов биметаллической пластины - максимальная разница значений коэффициентов линейного расширения. Как правило, один материал инвар. Это сплав никеля со сталью, например ЭН36 (36% ) ЭН42 (42% ). Другой материал - сталь, латунь и другие металлы.

В зависимости от способа нагрева различают ТР:

а) с непосредственным нагревом, когда ток нагрузки протекает через биметаллический элемент;

б) с косвенным нагревом, когда ток нагрузки протекает через специально введённый нагревательный элемент, расположенный рядом с биметаллической пластиной;

в) комбинированный, использующий два предыдущих способа.

Конструктивные параметры биметаллической пластины выбираются из условия обеспечения соотношения

,

где - допустимая температура нагрева и окружающей среды; - модуль Юнга; - коэффициенты линейного расширения материалов; - максимальное механическое напряжение, возникающее в пограничном слое.



При этом биметаллический элемент рассматривается как консольная балка (рис.2.3). Толщина биметаллической пластины ( и ) выбирается из условия максимальной чувствительности в соответствии с соотношением

,где - модули упругости компонентов.

Обычно выбирают . Стрелка прогиба определяется

.

Сила, развиваемая при тепловых деформациях на свободном конце, определяется

,

где b- ширина пластины.

Максимальное механическое напряжение в пограничном слое не должно превышать допустимое напряжение

.

По величинам и рассматриваются параметры кинематической цепи контактной системы, или решается обратная задача.

Время срабатывания определяется из условия, что вся выделяемая энергия идёт на нагрев, т.е.

.

Проинтегрировав по переменным и , при условии получим

; .

Можно также записать для предварительно нагретого током элемента

.
2.3. РЕЛЕ ЗАЩИТЫ
В эту группу входят реле максимального тока и напряжения и реле обрыва фазы. Реле максимального тока и напряжения - это высокочувствительные электро- и магнитоэлектрические реле поворотного типа, включаемые последовательно в цепь нагрузки (тока) или параллельно (напряжения). С поворотным якорем связана контактная система. Они защищают потребителей при кратковременных бросках тока или напряжения: превышающих их допустимые значения в динамических режимах. Контакты этих реле не являются силовыми.

Реле обрыва фазы предназначены для защиты потребителей в случае короткого замыкания в одной из фаз или её обрыва. Это трёхобмоточное реле, включаемое параллельно плавким предохранителям (рис.2.4).





В случае короткого замыкания в одной из фаз предохранитель перегорает и ток течет по одной из катушек реле, вызывая её срабатывание. При обрыве одной из фаз возрастает ток нагрузки в других фазах, вызывая срабатывание реле.

Область применения устройств защиты применительно к двигателям постоянного тока, используемых в различного рода потребителей можно проиллюстрировать рис. 2.5. Для электроприводов с двигателями переменного тока меняется диапазон работы реле защиты в пусковых режимах, так как пусковые токи лежат в меньшем диапазоне.
2.4. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

(АВТОМАТЫ)
Предназначены для защиты потребителей (или группы потребителей) при возникновении в них аварийных режимов. Защищают потребители с =10 - 2000 А, 550 В, К ним предъявляются следующие требования:

1) минимальное время срабатывания;

2) срабатывание автомата, защищающего один участок, не должно влиять на работу других автоматов;

3)для селективной защиты должна быть регулировка параметров.

По времени срабатывания различают обычные (t

0,01 с) и быстродействующие автоматы (t 0,001 с).

---

Конструктивная схема автомата приведена на рис. 2.6, где цифрами обозначены элементы конструкции:1- размыкающие контакты; 2- компенсаторы электродинамических усилий; 3 - пружина поджатия; 4 - главные контакты; 5 - гибкий токопровод; 6 - биметаллическая пластина; 7 - нагревательный элемент; 8 - электромагнит максимального тока; 9 - электромагнит минимального напряжения; 10 - электромагнит отключения; 11 - кинематическая система рычагов; 12 - электромагнит включения; 13 - ручной привод; 14 - пружина поджатия; 15 - пружина возврата; 16 - дугогасительная камера; 17 - дуга. Замыкание контактов осуществляется ручным приводом 13 или электромагнитом 12. При включении сначала замыкаются размыкающие контакты 1, а затем главные 4. При размыкании цепи порядок их обратный. Для компенсации электродинамических усилий, возникающих при протекании тока по контактам, вызывающих отскок контактов, предназначены пружины 3, 14 и компенсаторы электродинамических усилий 2. Величина этого усилия определяется . Принцип действия их основан на взаимодействии силовых линий электрического поля, возникающих около проводника. Так как токи в них направлены в разные стороны, то силовые линии направлены согласно, и проводники (шины 2) отталкиваются друг от друга, создавая дополнительное поджатие контактов.

Узел расцепителей 6 - 11 обеспечивает следующие виды защиты:

а) от дополнительных перегрузок (тепловое реле, элементы 6,7);

б) от бросков максимального тока (электромагнит 8);

в) от падения напряжения в сети ниже допустимого (усилие пружины и электромагнита 9 направлены в разные стороны); при усилие пружины уравновешивается усилием электромагнита; при уменьшении напряжения питания пружина воздействует на кинематическую систему;

г) по команде оператора (электромагнит10).

При этом один из исполнительных элементов устройств 6,8,9,10 через кинематическую систему рычагов воздействует на рычаг с расположенными на



нем подвижными контактами. Быстрое размыкание достигается за счет срабатывания взведённой пружины возврата 15. Для быстрого гашения дуги применяется система магнитного дутья, включающая катушку (на схеме не показана) и дугогасительную камеру 16.

---

Быстродействующие автоматы

Коммутируют цепи постоянного тока с параметрами 10 - 500 А, 380 В, время размыкания 0,002 - 0,01 с. Различают две группы таких автоматов - на электромагнитном и электродинамическом принципах.

Быстродействующие автоматы на электромагнитном принципе основаны на использовании эффекта возникновения магнитного потока в специально вводимой в цепь нагрузки катушки при больших бросках тока. Конструктивная схема автомата приведена на рис. 2.7,а.



На магнитопроводе (типа Ш-образного) расположены три катушки: удерживающая  , включающая  , отключения  . Для замыкания контактов подается напряжение на включающую и удерживающую обмотки, якорь перемещается против часовой стрелки, обеспечивая замыкание контактов и взводя пружину возврата. Затем напряжение с катушки снимается. Так как магнитное сопротивление цепи при притянутой нижней части якоря и средней части значительно меньше первоначального, когда она располагается у левой части, то усилие, создаваемое потоком , превышает усилие пружины возврата , и якорь сохраняет положение, показанное на рис. 2.7,а. Поток при этом разделяется на два и , причем по отмеченной выше причине. При больших бросках токов в обмотке

---

наводится поток , который направлен согласно с потоком . Возникающее при этом электромагнитное усилие вызывает перемещение якоря по часовой стрелке. Высокое быстродействие достигается за счет дифференциальной схемы сложения усилий и от потоков и .

Быстродействующий автомат на электродинамическом принципе (рис. 2.7,б) состоит из катушки 1, включённой в цепь тока нагрузки, подвижного алюминиевого диска 2, подвижного штока 3 и размыкающих контактов 4. В режиме замыкания цепи контакты замкнуты при помощи пружинной системы (на схеме не показано). При бросках тока нагрузки в алюминиевом диске наводятся вихревые токи, причем обратного направления по отношению к току в катушке. Вокруг этих проводников (катушки и диска) создаются силовые электрические поля, силовые линии которых в зазоре между катушкой и диском направлены согласно. В результате их взаимодействия возникает отталкивание проводников. Алюминиевый диск перемещается вправо, вызывая размыкание контактов.
2.5. СИНХРОННЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Предназначены для бездугового или с дугой небольшой мощности размыкания цепей переменного тока. Обеспечивают размыкание контактов непосредственно перед нулевым значением переменного тока, поэтому их и называют синхронными выключателями (СВ). Рассмотрим принцип действия их на примере выключателя с диодами в силовой цепи (рис. 2.8). Из временной диаграммы рис. 2.8,а видно, что можно выделить моменты времени, когда цепи с вентилями VD1, VD2 коммутируются управляемыми СВ1, СВ2 ключами К1, К2. Цепь соответствующего вентиля необходимо размыкать в непроводящий для него полупериод: вентиля - в отрицательный, а вентиля - в положительный. Задача СВ - определить моменты, которые реализуются путем определения полярности импульса

---

. Функциональная схема СВ и временные диаграммы его работы приведены на рис. 2.9.

СВ состоит из усилителя - ограничителя (УО), линии задержки (ЛЗ), формрователя импульсов (ФИ), вентилей , и тиристоров , . На выходе УО напряжение изменяется ступенчато, причем полярность его соответствует полярности коммутируемой цепи. ЛЗ служит для синхронизации схемы с огибающей тока. На выходе ФИ формируются положительные и отрицательные импульсы, которые разветвляются вентилями и и управляют тиристорами , . Например, для размыкания силовой цепи подан управляющий сигнал в момент времени . В момент формируется положительный импульс, который откроет тиристор , и сработает контактор , размыкая свой контакт в силовой цепи. В момент времени формируется отрицательный импульс, открывающий тиристор , и срабатывает . Если управляющий сигнал подается в положительный полупериод, то сначала размыкается

---

Смотрите также файлы

• рекррапр.doc

• Решение треугольников (тема урока) Раздел фио педагога.docx

• Метапредметные понимают учебную задачу урока, отвечают на вопросы, ведут диалог Личностные ответственное отношение к процессу обучения.docx

• Отчет по учебной практике уп. 03 по профессиональному модулю.docx

• Протокол от 2022г Согласовано Заместитель директора по ур калинина Т. В. Утверждено.doc