Предохранители общепромышленные и специальные

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕМА

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ



Содержание

Введение

1. Общие сведения о предохранителях

2. Устройство общепромышленных ПН-2, ПР-2 предохранителей. Технические характеристики

3. Материал плавких вставок

4. Защита плавкими предохранителями силовых вентилей

5. Быстродействующие предохранители

6. Выбор предохранителей для защиты асинхронных двигателей

7. Выбор плавких вставок предохранителей для защиты воздушных линий 0,4 кВ

8. Как обеспечить селективность срабатывания плавких предохранителей

9. Калибровка плавких вставок предохранителей

10. Заключение

11. Список используемых источников



Введение

Основная цель, поставленная в данной работе заключается в изучении предохранителей, их устройства, основных характеристик, требований предъявляемых к ним. Современный плавкий предохранитель представляет собой достаточно сложное электротепломеханическое устройство со стабильными характеристиками и свойствами, знание которых является необходимым условием успешного применения предохранителей и надежной защиты силовых систем в аварийных режимах.

В данной работе большую актуальность приобретает задача защиты устройств от перегрузок и токов короткого замыкания. Актуальность рассматриваемой темы состоит в том, что в последние годы существенно возрос уровень сложности силовых электронных устройств, применяемых на объектах транспорта, добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности, в системах генерирования и распределения электрической энергии. Одновременно с усложнением силовых устройств, увеличением их функциональности и улучшением экономичности, важным условием успешной работы таковых является надежная защита силовых полупроводниковых приборов, трансформаторов, коммутирующих, фильтровых и накопительных конденсаторов, токоведущих устройств в условиях аврийных и перегрузочных режимах. Наиболее надежным средством защиты от экстратоков, которые в свою очередь являются одной из категории электрических аварийных режимов, не зависящим от внешних условий, механического состояния и т.п., являются предохранители.

Не смотря на то, что плавкие предохранители как устройства защиты электрических цепей известны и применяются уже почти полторы сотни лет, ряд их характеристик остается непревзойденным другими системами токовой защиты.

предохранитель асинхронный двигатель



1. Общие сведения о предохранителях

Предохранитель -- электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. В цепи обозначается буквами «FU» (международное обозначение, от слова англ. Fuse) или прямоугольником со сплошной линией в центре. Обычно предохранители бывают плавкими. Плавкие предохранители -- это электрические аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Рисунок 1. Общее обозначение предохранителя

Плавкий предохранитель обычно представляет из себя стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.



Рисунок 2. Плавкий предохранитель

Применение предохранителей

Плавкими предохранителями снабжают лампы накаливания для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода; в лампах с прозрачной колбой это можно заметить, рассматривая лампу на просвет. Для 220-вольтовых бытовых ламп предохранитель обычно рассчитан на ток 7 А.

Основные требования, предъявляемые к плавким предохранителям

К предохранителям предъявляются следующие требования:

1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.

Рисунок 3. Согласование характеристик предохранителя и защищаемого объекта

2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.

3. Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.

4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.

5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.

6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типов ПР-2 и ПН-2.[1]

2. Устройство общепромышленных ПН-2, ПР-2 предохранителей. Технические характеристики

Устройство предохранителей ПР-2

Предохранители ПР-2 на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов.

Вставка предохранителя ПР-2 располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5. Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4--8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению.

Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения.

Рисунок 4. Предохранитель типа ПР-2

Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными.

Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга.

Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеров -- короткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

Технические характеристики предохранителей ПР-2

В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока -- это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока -- это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.

Плавкие предохранители с мелкозернистым наполнителем ПН-2. Устройство предохранителей ПН-2

Эти предохранители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения 1 предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и наполнитель -- кварцевый песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, связанным с ножевыми контактами 9. Пластины 5 крепятся к корпусу винтами.

В качестве наполнителя в предохранителях ПН-2 используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98 %, с зернами размером (0,2--0,4)10-3 м и влажностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120--180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка предохранителей ПН-2 выполняется из медной ленты толщиной 0,1-- 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения 8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков по-следовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски 7 (металлургический эффект).[7]

Принцип действия предохранителя ПН-2

При коротком замыкании плавкая вставка предохранителя ПН-2 сгорает и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100 А дуга имеет возрастающую вольт-амперную характеристику. Градиент напряжения на дуге очень высок и достигает (2--6)104 В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском 4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6 что предохраняет песок от увлажнения. При номинальном токе 40 А и ниже предохранитель имеет более простую конструкцию.



Рисунок 5. Предохранитель типа ПН-2

Технические характеристики предохранителей ПН-2

Предохранители ПН-2 выполняются на номинальный ток до 630 А. Предельный отключаемый ток короткого замыкания, который может отключаться предохранителем, достигает 50 кА (действующее значение тока металлического короткого замыкания сети, в которой устанавливается предохранитель).

Малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов, высокая токоограничивающая способность являются достоинствами плавкого предохранителя ПН-2.

3. Материал плавких вставок

Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка, свинца или серебра.

В современных наиболее совершенных предохранителях отдают предпочтение медным вставкам с оловянным растворителем. Широко распространены также цинковые вставки.

Медные вставки для предохранителей наиболее удобны, просты и дешевы. Улучшение их характеристик достигается наплавлением оловянного шарика в определенном месте, примерно в середине вставки. Такие вставки применяются, например, в упомянутой серии насыпных предохранителей ПН2. Олово плавится при температуре 232°, значительно меньшей, чем температура плавления меди, и растворяет медь вставки в месте соприкосновения с нею. Появляющаяся при этом дуга уже расплавляет всю вставку и гасится. Цепь тока оказывается отключенной. Таким образом, наплавление оловянного шарика приводит к следующему.

Во-первых, медные вставки начинают реагировать с выдержкой времени на столь малые перегрузки, на которые они при отсутствии растворителя вовсе не реагировали бы.

Например, медная проволока диаметром 0,25 мм с растворителем расплавилась при температуре 280° за 120 мин.

Во-вторых, при одной и той же достаточно большой температуре (т.е. при одинаковой нагрузке) вставки с растворителем реагируют много быстрее, чем вставки без растворителя.

Например, медная проволока диаметром 0,25 мм без растворителя при средней температуре 1 000° расплавилась за 120 мин, а такая же проволока, но с растворителем при средней температуре только 650°, расплавилась всего за 4 мин.

Применение оловянного растворителя позволяет иметь надежные и дешевые медные вставки, работающие при сравнительно низкой эксплуатационной температуре, имеющие относительно малый объем и вес металла (что благоприятствует коммутационной способности предохранителя) и в то же время обладающие большим быстродействием при больших перегрузках и реагирующие с выдержкой времени на относительно малые перегрузки. Цинк часто используется для изготовления плавких вставок. В частности, такие вставки применяются в упомянутой серии предохранителей ПР-2.

Вставки из цинка более устойчивы против коррозии. Поэтому, несмотря на относительно малую температуру плавления, для них, вообще говоря, можно было бы допустить такую же предельную эксплуатационную температуру, как для меди (250°), и конструировать вставки с меньшим сечением. Однако электрическое сопротивление цинка примерно в 3,4 раза больше, чем у меди.

Чтобы сохранить ту же температуру, надо уменьшить потери энергии в ней, соответственно увеличив ее сечение. Вставка получается значительно более массивной. Это при прочих равных условиях приводит к понижению коммутационной способности предохранителя. Кроме того, при массивной вставке с температурой 250° не удалось бы в тех же габаритах удержать на допустимом уровне температуру патрона и контактов.

Все это заставляет снизить предельную температуру цинковых вставок до 200°, а для этого -- еще больше увеличивать сечение вставки. В итоге предохранители с цинковыми вставками при тех же размерах обладают значительно меньшей устойчивостью к токам короткого замыкания, чем предохранители с медными вставками и оловянными растворителями.

4. Защита плавкими предохранителями силовых вентилей

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей средней и большой мощности при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители, которые являются самыми дешёвыми средствами защиты. Они состоят из контактных ножей и плавкой вставки из серебряной фольги, помещенный в закрытый фарфоровый патрон.

Плавкая вставка таких предохранителей имеет узкие калиброванные перешейки, которые снабжены радиаторами из хорошо проводящего тепло керамического материала, посредством которых тепло отводится к корпусу предохранителя. Эти радиаторы служат также дугогасительными камерами с узкой щелью, что значительно улучшает гашение дуги, возникающей в области перешейка. Параллельно плавкой вставке установлен сигнальный патрон, блинкер которого сигнализирует о расплавлении плавкой вставки, и, воздействуя на микровыключатель, замыкает сигнальные контакты.

Основными показателями плавкого предохранителя, характеризующими его защитные свойства, являются номинальное напряжение, номинальный ток плавкой вставки, тепловые эквиваленты плавления и отключения.

Длительное время промышленностью выпускались два типа быстродействующих плавких предохранителей, предназначенных для защиты от токов короткого замыкания преобразователей с силовыми полупроводниковыми вентилями:

предохранители типа ПНБ-5 для работы в цепях с номинальным напряжением до 660В постоянного и переменного тока на номинальные токи 40, 63, 100, 160, 250, 315, 400, 500 и 630 А,

предохранители типа ПБВ для работы в цепях переменного тока с частотой 50Гц номинальным напряжением 380 В на номинальные токи от 63 до 630 А..

В настоящее время полупроводниковые преобразователи оснащаются предохранителями серии ПП57, предназначенные для защиты преобразовательных агрегатов при внутренних коротких замыканиях переменного и постоянного тока при напряжениях 220-2000 В на токи 100, 250, 400, 630 и 800 А.

Предохранители могут устанавливаться последовательно в цепи каждого вентиля, а в реверсивных преобразователях с раздельным управлением одним предохранителем защищаются вентили группы “Вперед” и группы “Назад”.

При параллельном соединении вентилей в плече предохранители могут устанавливаться последовательно с каждым вентилем или один плавкий предохранитель на все вентили.

Плавкие предохранители серии ПП57

Предохранители серии ПП57 предназначены для защиты преобразовательных агрегатов с силовыми кремниевыми полупроводниками вентилями при внутренних коротких замыканиях в цепях переменного или пульсирующего тока частотой 50 и 50 Гц и в цепях постоянного тока.

Структура обозначения предохранителей ПП 57-ABCD-EF:

Буквы ПП - предохранитель плавкий;

Двузначное число 57 - условный номер серии;

А - двузначное число - условное обозначение номинального тока предохранителя;

В - цифра - условное обозначение номинального напряжения предохранителя;

С - цифра - условное обозначение по способу монтажа и виду присоединения проводников к выводам предохранителя (например, 7 - на проводниках преобразовательного устройства - болтовое с уголковыми выводами);

D - цифра - условное обозначение наличия указателя срабатывания и контакта вспомогательной цепи: 0 - без указателя срабатывания, без контакта вспомогательной цепи; 1 - с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной цепи; 2 - с указателем срабатывания, без контакта вспомогательной цепи;

Е - буква - условное обозначение климатического исполнения; F - цифра - категория размещения.

Пример условного обозначения предохранителя: ПП57-37971-УЗ.

Контакты вспомогательной цепи выдерживают в продолжительном режиме нагрузку 1 А при номинальном напряжении 220В постоянного или 380В переменного тока.[7]

5. Быстродействующие предохранители

Малая тепловая инерция, быстрый перегрев полупроводникового перехода крайне затрудняют защиту мощных диодов, тиристоров и транзисторов при токовых перегрузках. Обычные типы предохранителей и автоматических выключателей из-за относительно большого времени срабатывания не обеспечивают защиту полупроводниковых приборов при КЗ. Для выполнения этой задачи потребовалось создание специального класса предохранителей, так называемых быстродействующих (время до расплавления плавкого элемента и начала ограничения тока 2--3 мс), на напряжение до 2000 В и токи 2000--5000 А (в общепромышленных электротехнических установках номинальные напряжения не превышают 660 В, а номинальные токи практически равны 1000 А).

Рисунок 6. Общий вид быстродействующего предохранителя.

Термическая стойкость электротехнического устройства определяется, интегралом Джоуля

где t - длительность протекания тока через прибор, а защитные свойства плавкого предохранителя при этом оцениваются фактическим значением I2 предохранителя, которое имеет место от момента наступления короткого замыкания (перегрузки) до момента отключения цепи и которое должно быть меньше допустимого для защищаемого объекта.

Основными характеристиками быстродействующих предохранителей являются наибольшие интегралы Джоуля отключения, наибольший пропускаемый ток и преддуговое время.

Современные быстродействующие предохранители отечественного и зарубежного производства изготовляются в виде закрытых неразборных плавких вставок (рис. 6), устанавливаемых, как правило, непосредственно на проводниках комплектного устройства. Плавкая вставка размещена в керамическом корпусе 2 призматической формы, на котором винтами 4 с шурупной резьбой укрепляются выводы 1 плавкой вставки, герметизирующие прокладки 3 и торцевые крышки 5.

Плавкие элементы быстродействующих предохранителей обычно изготовляются из листовых материалов толщиной 0,05--0,2 мм в виде лент, в которых с помощью отверстий той или иной формы при штамповке образуются места ослабленного поперечного сечения перешейки (рис. 7, а), а концы плавкого элемента соединяются с контактными выводами плавкой вставки обычно точечной сваркой. Чем больше перешейков, тем интенсивнее гашение дуги, так как суммарное падение напряжения на плавкой вставке в этот период пропорционально числу последовательно включенных дуг и тем больше на каждой дуге, чем меньше в ней ток, т. е. больше параллельно включенных перешейков (плавких вставок).

При постоянном токе гашения дуги осложняется тем, что ток не проходит чкркз нуль и вся электромагнитная энергия отключаемой цепи рассеивается в предохранителе. Решающим фактором при постоянном токе является постоянная времени цепи T=L/R. С увеличением постоянной времени Т условмя работы предохранителя утяжеляются. Необходимо выбирать предохранитель на более высокое номинальное напряжение, чем при переменном токе. Время плавления вставки при постоянном токе.[2]

при переменном токе

Где Б - постоянная, зависящая от удельной теплоты плавления и испарения материала; q0 - сечение перешейка, мм2; Т - постоянная времени цепи, с; Iк.уст - установившееся значение тока КЗ цепи.

При f?50 Гц и Т?2мс время плавления на постоянном токе больше, чем на переменном. Максимальный пропускаемый предохранителем постоянный ток

Обычно предохранители рассчитывают для работы в цепях с постоянной времени Т?35 мс.

При работе плавкого предохранителя в режиме циклических нагрузок перешейки плавкого элемента испытывают большие знакопеременные механические воздействия (удлинение и укорочение). Для повышения срока службы предохранителя его плавкие элементы выполняют с изгибами, принимающими на себя температурные деформации (рис. 7,б).

Рисунок 7. Схемы форм плавких вставок быстродействующих предохранителей

В качестве материала плавкого элемента обычно используется технически чистое серебро, которое более стойко к коррозии под воздействием температуры и имеет лучшую электропроводимость, чем, например, медь. Соединение его с медными выводами контактной сваркой не вызывает технологических трудностей. Ведутся работы по исследованию возможностей применения других материалов. Наиболее перспективным в этом отношении является стойкий к коррозии алюминий: образующаяся на его поверхности очень тонкая плотная оксидная пленка защищает основной металл от развития коррозии.

Быстродействующие предохранители предназначены для защиты от КЗ. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппаратами.

6. Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Отстройка плавких вставок предохранителей от пусковых токов электродвигателей

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3…5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто - более 15 раз в 1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению: Iвс ? Iпд /К (1), где Iпд - пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или непосредственным измерением; К - коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6…2.

Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она может ложно перегореть при нормальной работе двигателя. Вставка, выбранная в соответствие с формулой 1, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Для предотвращения сгорания вставок при пуске, что может повлечь за собой работу двигателя на двух фазах и его повреждение, целесообразно во всех случаях, когда это допустимо по чувствительности к токам КЗ, выбирать вставки более грубыми, чем по условию (1). [5]

Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током и самозапуск двигателей, если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете защиты необходимо точно определить какие двигатели отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения, какие остаются включенными, какие повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по выражению

Iвс ? УIпд /К

УIпд - сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

В этом случае плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению

Iном. вст. ? Iкр/К

где Iкр = I'пуск + I'длит - максимальный кратковременный ток линии;

I'пуск - пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения;

I'длит - длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) - это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5…7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению (1), будет иметь номинальный ток в 2…3 раза больше номинального тока двигателя и, выдерживая этот ток неограниченное время, не может защитить двигатель от перегрузки.

Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также условие предотвращения повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя, он отпадает и разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения этого короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0.15…0.2 с; для этого ток короткого замыкания должен быть в 10…15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.



7. Выбор плавких вставок предохранителей для защиты воздушных линий 0,4 кВ

Защита предохранителями воздушных линий 0,4 кВ

Защита воздушных линий, которые защищаются только от коротких замыканий, должна удовлетворять требованиям чувствительности. Согласно ПУЭ минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка должен быть по крайней мере в 3 раза больше номинального тока вставки.

В сетях с заземленной нейтралью (0,4 кВ) чувствительность предохранителей определяется при однофазных металлических коротких замыканий между фазным и нулевым, заземленным проводом:

Iвс ? I(1)кз/3

При коротких замыканиях между фазным проводом и землей через большие переходные сопротивления (сухая земля, сухой снег, деревья и т.д.) возможны отказы предохранителей.

Следует иметь в виду, что при однофазных коротких замыканиях время перегорания вставки может быть очень большим. Например, для предохранителей ПН2 время сгорания вставки при трехкратном токе короткого замыкания будет порядка 15…20 с.

Секционирующие предохранители

Требования отстройки от нагрузки и обеспечения чувствительности прямо противоположны. Чтобы удовлетворить оба эти требования в воздушных сетях применяются предохранители, которые дополнительно устанавливаются в линии на некотором расстоянии от питающей подстанции. Поскольку по мере удаления от источника питания нагрузка уменьшается, номинальный ток вставки секционирующего предохранителя можно взять меньше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. В результате чувствительность секционирующего предохранителя к короткому замыканию в конце линии будет выше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. Таким образом, сеть разбивается на ряд участков, каждый из которых защищен своими предохранителями.

,

Следует отметить и еще одно важное преимущество секционирующих предохранителей: при повреждении какого-либо участка отключается только этот участок, остальная сеть остается в работе.

8. Как обеспечить селективность срабатывания плавких предохранителей

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких предохранителей по условию селективности

Выбор плавких вставок предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя. (рис. 8)

При защите сетей предохранителя типа ПН с типовыми характеристиками, приведенными на рисунках, селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180-250 %) селективность будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в таблице1.

Рисунок 8. - Защитные (время-токовые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2

Таблица1 - Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2

	10	20	50	?100
30	40	50	80	120
40	50	60	100	120
50	60	80	120	120
60	80	100	120	120
80	100	120	120	150
100	120	120	150	150
120	150	150	250	250
150	200	200	250	250
200	250	250	300	300
250	300	300	400	?600
300	400	400	?600	-
400	500	?600	-	-

Примечание. Iк - ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети

Выбор предохранителей по условию селективности по методу согласования защитных характеристик предохранителей

Для выбора плавких предохранителей по условию селективности можно использовать метод согласования характеристик предохранителей, в основу которого положен принцип сопоставления сечений плавких вставок по формуле:

где F1 - сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F2 - сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т.е. ближе к нагрузке.

Полученное значение а сравнивают с данными таблицы 2, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное значение а равно табличному или больше него.[1]



Таблица 2 - Наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность защиты

9. Калибровка плавких вставок предохранителей

Не следует допускать зарядку патронов медными проволоками взамен заводских плавких вставок. Пограничный и номинальный токи такой вставки, как и вся защитная характеристика предохранителя, в этом случае имеют значения крайне неопределенные, зависящие от ряда случайных факторов.

Проволока одного и того же диаметра может плавиться в разных патронах при совершенно различных значениях тока и с разной выдержкой времени. Кроме того, при таких кустарных вставках весьма вероятны местные перегревы, порча и даже разрывы патронов.

Коммутационная способность таких предохранителей резко снижается. Они перестают быть калиброванными надежными защитными аппаратами, могут привести к авариям и даже угрожать опасностью для жизни людей.

Никто не рискнет зарядить предохранитель высокого напряжения случайно взятой медной проволокой вместо заводской вставки. В отношении же предохранителей в сетях низкого напряжения, к сожалению, укоренилось совершенно неверное представление, что для них такая перезарядка терпима.

Между тем применение некалиброванных предохранителей в сетях низкого напряжения столь же вредно, как и в сетях высокого напряжения, а в сетях с заземленной нейтралью они, кроме того, еще представляют значительную опасность для жизни многих людей.

Предварительный выбор проволоки для плавкой вставки предохранителя.

Перегоревшую плавкую вставку, если нет заводского изготовления, можно заменить калиброванной медной проволокой. При калибровке медной проволоки для плавких вставок предохранителей следует исходить из следующих требований ГОСТ:

При токе Iмакс = (1,62 … 2,1) Iпл.вст. плавкая вставка должна сгорать в течение 1 … 2 ч.,

При токе Iмин = (1,25 … 1,5) Iпл.вст. плавкая вставка не должна сгорать.

Предварительно диаметр медной проволоки можно определить по формуле:

где d - диаметр проволоки, мм; Iпл.вст - ток плавкой вставки, А.

Стенд для испытания автоматических выключателей и предохранителей.

Принципиальная схема стенда для испытания автоматических выключателей и предохранителей:



Рисунок 9. - Принципиальная схема для испытания автоматических выключателей и предохранителей

Питание стенда осуществляется от сети переменного тока 220 В (вход X1). Для защиты силовой и вспомогательной цепей от короткого замыкания предусмотрены предохранители F1 и F2. Включение силовой и вспомогательной цепей осуществляется с помощью магнитного пускателя КМ. При нажатии кнопки "Пуск" магнитного пускателя напряжение 220 В подается на автотрансформатор АТ в силовой цепи, трансформатор Т2 в цепи сигнализации, а также на электросекундомер РТ. Автотрансформатор АТ служит для регулирования тока и напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора T1. Автотрансформатор АТ служит для регулирования тока и напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора T1.

Основные функции трансформатора T1:

1. гальваническое разъединение входной и выходной цепей, что диктуется требованиями техники безопасности;

2. понижение выходного напряжения (до единиц вольт) и получение возможности иметь во вторичной цепи трансформатора (на выходе Х2) значительные токи (до 100 А; для этого вторичная обмотка трансформатора Т1 намотана проводом большого сечения).

Во вторичную обмотку трансформатора Т1 включен трансформатор ТА. Во вторичную обмотку трансформатора тока ТА последовательно включен амперметр РА, необходимый для контроля тока и реле тока КА, который своими контактами АКВ-КА в цепи электросекундомера РТ отключает последний при исчезновении тока в силовой цепи. Выключатель QV (тумблер) в цепи электросекундомера служит для отключения последнего, когда это необходимо.

Трансформатор Т2 служит для получения нужного напряжения для питания цепи сигнализации. В цепь сигнализации включены сигнальные лампочки HL1 и HL2, включаемые соответствующими контактами магнитного пускателя АКВ-КМ, и сигнализирующие о включении пускателя; сигнальные лампочки HL3, HL4, HL5 сигнализируют о включении соответствующего автомата. На стенде размещены три автоматических выключателя разных типов QF1, QF2, QF3 и три предохранителя разных типов F1, F2, F3, которые включаются в силовую цепь для соответствующего исследования отдельными проводниками.[7]

Проверку плавких вставок на селективность срабатывания производят при последовательном подключении предохранителей к зажимам Х2. При этом устанавливают ток, превышающий номинальный ток плавкой вставки меньшего из предохранителей в 2,5 раза, и убеждаются, что перегорает только его плавкая вставка за время не более 10 с.



Заключение

В заключении стоит отметить, что вопрос выбора защитного устройства является очень актуальным в последнее время. Защищаемое оборудование становится все дороже и дороже и поэтому любая авария в электроустановке вызывает трудности в устранении поломки, связанные с поиском комплектующих, времени устранении поломки и стоимостью. Поэтому необходимо на стадии проектировании выбрать правильное защитное устройство исходя из многих критериев: доступность, надежность, экономичность изделия, комплексная экономичность.

Предохранители как класс приборов для защиты электрооборудования продолжают доминировать в промышленности несмотря на развитие технологии и интеллекта автоматических защитных отключателей и встроенной защитной схемотехники силовых систем. Как и раньше, правильно подобранные плавкие предохранители дают ряд преимуществ:

· высокая перегрузочная способность, предсказуемость траектории отключения при перегрузочных токах до 300кА;

· высокая селективность при грамотном распределении предохранителей с нужными параметрами по цепям с различными характеристиками;

· точность времени срабатывыния: выбор по скорости и задержке срабатывания.

Что касается стоимости, то стоимость предохранителей на большие токи (от 630А) значительно ниже стоимости автоматических выключателей. В плане безопасности предохранители также выигрывают автоматические выключатели. Ведь для того чтобы заменить предохранители необходимо проделать намного больше операций и потребуется опыт в эксплуатации электроустановок.

Плавкие предохранители присутствуют в нашей повседневной жизни повсеместно, даже если мы их порой и не замечаем. Чаще всего мы вспоминаем о них тогда, когда они «сгорают», и наш привычный образ жизни нарушается. Мы очень тщательно относимся к выбору дорогих и ответственных электронных приборов, а предохранители, которые призваны их защищать, выбираем на основе принципа «остаточного финансирования».

А между тем предохранители, являясь защитой для практически всех электрических и электронных приборов и устройств, могут доказать свою общеизвестную надежность лишь тогда, когда они качественно изготовлены и, конечно, правильно выбраны, исходя из параметров цепи и требований по защите. И в этом смысле качественное изготовление предохранителей является обязательным условием, так как плавкие предохранители относятся к категории устройств, которые нельзя проверить естественным рабочим путем, и фактор доверия к производителю играет здесь решающую роль.



Список используемых источников

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - 4-е изд., стереотипное. - М.:ООО Альянс, 2008. - 720с.:ил.

2. Хмельницкий Р.С., Шеховцова Н.А. Быстродействующие плавкие предохранители. М.: Информэлектро, 1983. 44с.

3. Намитоков К.К. Плавкие предохранители. М.: Энергия, 1979. 176с.

4. Голубев А.И. Быстродействующие автоматические выключатели. М.: Энергия, 1964. 240с.

5. Таев И.С. Электрические аппараты управления. - М.:Высшая школа, 1984. - 224с.

Размещено на Allbest.ru