Развитие предохранителей и автоматических выключателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий

Управляемая самостоятельная работа

на тему: «Развитие предохранителей и автоматических выключателей»

Выполнил: студент IV курса

27эпт группы Добриян И.П.

Руководитель: Гурин В.В.

2012



Содержание

Введение

1. Общие сведения о предохранителях

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

3. Материал плавких вставок предохранителей

4. Быстродействующие предохранители

5. Калибровка плавких вставок предохранителей

6. Общие сведения об автоматических выключателях

7. Характеристики автоматических выключателей

8. Выбор автоматического выключателя

9. Виды автоматических выключателей

Заключение

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 аварийных 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.

Современные перегрузки электросети колоссальны. Количество электрических приборов в наших домах переходит все разумные пределы, траты на электроэнергию составляют очень большую статью расхода современного жителя мегаполиса. Мы не можем себе представить жизни без холодильника, телевизора, компьютера, электрочайника, фена, кофемолки, пылесоса и т.д. Чтобы напряжение в сети не зашкалило, не произошло замыкание и другие последствия перегрузки электросети, создано специальное оборудование.

Автоматические выключатели - специальные аппараты, которые способны включать и отключать электроток при нормальном состоянии электрической цепи, а также производить отключение тока в ситуациях, когда это необходимо. Основное предназначение автоматических выключателей состоит в защите кабелей и проводов от короткого замыкания и перегрузки. Но также автоматические выключатели выполняют функцию управления током в электроцепи. Изменения напряжения, частоты и силы электрического тока четко фиксируются специальным прибором. Это происходит следующим образом. При перегрузке электрической сети (при более номинальном токе) срабатывает тепловое реле и автомат отключается. Это происходит настолько быстро, насколько значение протекающего тока было выше номинального. К выбору автоматического выключателя стоит отнестись внимательно и осторожно. Стоит помнить, что проводка в обычной квартире выполнена алюминием толщиной 2,5 мм, а вот проводка стояков почти в 2 раза толще- 4 мм. Продавцы магазинов часто советуют брать автомат в 25 А, чтобы при включенном обилии бытовой техники его не выбивало. Однако не стоит при этом забывать об основном предназначении автоматических выключателей - защита сети от перегрузок. Первый важный критерий выбора автоматического выключателя - это номинальный ток. Он обычно определяется нагрузкой, которой будет подвержена цепь. Также важными параметрами являются выключающая способность, характеристика и класс селективности.



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.

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.[3]

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.

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.

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

Пример конструкции предохранителя со сменными плавкими вставками общего назначения без наполнителя приведен на рис. 1. Такие предохранители изготовляются на напряжение до 500 В и токи до 1000 А. Гашение дуги у них происходит за счет высокого давления (до 10 МПа и более), возникающего вследствие газогенерации из стенок трубок при высокой температуре электрической дуги. Другая характерная конструкция предохранителей - резьбовая. Примером современной конструкции с наполнителем является приведенный на рис. 5-5 предохранитель серии ПН-2.

Предохранители серии ПН-2 предназначены для защиты силовых цепей до 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока, они выполняются на номинальные токи 100, 250, 400 и 630 А, обладают токоограничивающим действием и высокой разрывной способностью.

Рис. 1. Предохранители серии ПР-2:

а - общий вид; б, в - патроны на номинальные токи 15-63 А и 100-1000 А; г - формы плавких вставок

1 - неподвижные контактные стойки; 2 - патрон; 3 - фибровая (газогенерирующая) трубка; 4 - плавкая вставка; 5 - латунная втулка; б - латунные колпачки (подвижный контакт); 7 - контактный нож

Рис. 2. Предохранители серии ПН-2:

а - общий вид и детали; б - разрез

Корпус 1 (рис. 2) представляет собой глазурованную квадратную снаружи, круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя резьбовыми отверстиями с каждого торца. В трубку введен узел с плавкой вставкой 2, приваренной электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных выводов 3. Контактный узел с каждого торца трубки крепится к крышке 4 винтами. Крышки с асбестовыми прокладками 5 привинчиваются к корпусу и герметически закрывают его.

Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком 6, полностью охватывающим рабочую длину вставки. Применяется песок с содержанием кварца не менее 98%, с диаметром зерен 0,2 - 0,3 мм, обработанный двухпроцентным раствором соляной кислоты, промытый и прокаленный при температуре 120-180 °С. Герметизация корпуса предохраняет песок от увлажнения.

Плавкая вставка выполняется из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15-0,35 мм и шириной до 4 мм с просечками 7, уменьшающими на длине не менее 6 мм сечение вставки в два раза. Применение тонких параллельных ленточек позволяет снизить сечение плавкой вставки для данного номинального тока, а следовательно, и количество паров металла в дуге. Последнее обстоятельство облегчает гашение дуги. Возникновение нескольких дуг в параллельных каналах позволяет участвовать в рассеянии энергии дуги большему объему наполнителя, чем также облегчается гашение дуги.

Для снижения нагрева предохранителя при малых перегрузках используется металлургический эффект. На каждую ленточку вставки напаивается оловянный шарик 8. Температура плавления металла ленточки в месте, где напаян оловянный шарик, достигает 475 °С. Превышение температуры деталей предохранителя находится в пределах нормы. Отключающая способность - от 50 кА для предохранителя на 100 А до 100 кА для предохранителя на 630 А.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ

Для защиты полупроводниковых преобразователей 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) [33].

Рис. 3. Общий вид быстродействующего предохранителя

Термическая стойкость электротехнического устройства определяется, интегралом Джоуля (см. §2-8), 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. По отношению к полупроводниковым приборам дело обстоит наоборот: так, тиристор типа Т171-320 на 320 А имеет интеграл Джоуля 2,5-105 А2-с, а у предохранителей типа ПН2-400 на 400 А он равен 3-106 А2-с.

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. 3), 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. 4, 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 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. 4, б).

Рис. 4. 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.

Принцип действия предохранителя

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 вольтамперную 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.

3. Материал плавких вставок предохранителей

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.[3]

4. 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).

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, 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 через 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 условия работы предохранителя утяжеляются. Необходимо выбирать предохранитель на более высокое номинальное напряжение, чем при переменном токе. Время плавления вставки при постоянном токе.[2]

Где Б - постоянная, зависящая от удельной теплоты плавления и испарения материала; q₀- сечение перешейка, мм²; Т - постоянная времени цепи, с; I_к.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.

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.



5. 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.

6. Общие сведения об автоматических выключателях

Автоматический выключатель - это контактный коммутационный аппарат (электротехническое или электроустановочное устройство), способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение определённого устанавливаемого времени и отключать токи в определённом аномальном состоянии цепи электрического тока. Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и короткого замыкания. Автоматические выключатели выполняют одновременно функции защиты и управления. Независимо от выполняемых функции автоматические выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания tс, в (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на:

· нормальные tc, в=0,02-0,1 с

· селективные (tc, в регулируется до 1с)

· быстродействующие, обладающие токоограничивающим эффектом (tс, в не более 0,05 с).

ГОСТ 9098-78 - устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей - не действует:

· По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока.

Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи для главных цепей выключателя выбирают из ряда: 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А. Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепей выключателей: 1500; 3000; 3200 А.

Номинальные токи максимальных расцепителей тока выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Допускаются номинальные токи максимальных расцепителей тока: 15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1200; 1500; 3000; 3200 А 2. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырехполюсные.

· По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.

· По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока; с независимым расцепителем; с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.

· По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик.

· По наличию свободных контактов: с контактами; без контактов.

· По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние - с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним).

· По виду привода: с ручным; с двигательным.

· По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

· По виду привода: с ручным; с двигательным.

· По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

Автоматические выключатели выполняются одно, двух, трехполюсными и имеют следующие конструктивные узлы: главной контактной системы, дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства, расцепителей и вспомогательных контактов.

Контактная система может быть трехступенчатой (с главными, промежуточными и дугогасительными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании металлокерамики одноступенчатой. Дугогасительная система может состоять из камер с узкими щелями или из камер с дугогасительными решетками. Комбинированные дугогасительные устройства - щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой применяют для гашения дуги при больших токах. Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении. Привод автоматического выключателя служит для включения, автоматического отключения и может быть ручным непосредственного действия и дистанционным (электромагнитным, пневматическим и др.) Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями.

7. Характеристики автоматических выключателей

Автоматические выключатели электрической сети срабатывают при выходе за установленные пределы значений силы электрического тока, напряжения или частоты. Работают автоматические выключатели следующим образом. При протекании тока более номинального (перегрузка по току) через некоторое время срабатывает тепловое реле и отключает автомат. Время срабатывания зависит от того, насколько протекающий ток выше номинального. Приобретая автоматические выключатели, будьте внимательны с выбором номинального тока. Особенно, если Вам продавец сулит выбрать автомат, чтобы при включенном холодильнике, водонагревателе, обогревателе, стиральной машинке и т.п. его не выбивало, и советует брать не меньше 25 А. Помните о том, что в большинстве квартирах проводка выполнена алюминием 2.5 мм 2, а проводка стояков часто выполнена из алюминия 4 мм2. Автомат должен выполнять свое основное предназначение - защищать сеть от перегрузок. Первый задаваемый параметр - номинальный ток выключателя. Он определяется из расчета нагрузки цепи подключаемой к нему. Следующие параметры, которые необходимо определить - выключающая способность, класс селективности и характеристика выключения. Оптимизируя по параметрам выбираемый автомат, тем самым, оптимизируем его цену.

Выключающей способностью автоматического выключателя называется значение предполагаемого тока короткого замыкания, которое прибор должен без повреждения отключить. В соответствии с европейскими нормами EN 60898 обозначение приводится на лицевой стороне корпуса автоматического выключателя.

8. Выбор автоматического выключателя

Прежде чем остановить свой выбор автоматического выключателя на каком-то определенном изделии, следует знать следующее:

Украинские и российские ГОСТы подразделяют автоматические выключатели на два вида (А и В), исходя из их применения.

Выбор автоматического выключателя категории А - расцепитель срабатывает при достижении тока 2-3 номинальных значений (применяются для защиты электропроводок большой протяженности).

Выбор автоматического выключателя категории В: - эти автоматы рассчитаны на срабатывание при достижении тока 3-5 номинальных значений (применяются в жилых зданиях). По числу полюсов главной цепи автоматические выключатели разделяют на однополюсные, двухполюсные и трехполюсные. Если решили выбрать автоматический выключатель с четырьмя полюсами, знайте - он предназначен для отключения трех фаз и "ноль". Далее. При выборе автоматического выключателя имеет значение система его конструкции: они могут быть открытого исполнения или заключенными в пластмассовый корпус или оболочку. А по способу управления - автоматическими, с ручным и с двигательным приводом. Также при выборе автоматического выключателя следует учесть вид расцепителя. Автоматические выключатели бывают с максимальными расцепителями тока (тепловые и электромагнитные) и с минимальным/нулевым расцепителем напряжения.

9. Виды автоматических выключателей

предохранитель автоматический выключатель

Миниатюрные автоматические выключатели

Самыми распространенными электрическими аппаратами на сегодня являются автоматические выключатели. Автоматический выключатель - это "механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии электрической цепи, например, при коротком замыкании". Это определение дано в ГОСТ Р 50030.2-99"Автоматические выключатели", разработанном на основе МЭК 60947-2-98 и введенном в действие с 2002 г. Этот ГОСТ является основным российским стандартом на автоматические выключатели для низковольтных цепей. Также в вышеупомянутом стандарте даны определения и классификация автоматических выключателей для электрических цепей переменного тока напряжением до 1000 В и постоянного тока до 1500 В.

Номенклатура автоматических выключателей настолько велика и применяемые при их производстве технологии настолько разнообразны, что некоторые автоматические выключатели трудно отнести к какой-либо определенной категории. Поэтому для низковольтных автоматических выключателей часто используется следующая практическая градация:

· миниатюрные автоматические выключатели (MCB), рассчитанные на номинальный ток не выше 125 А; характеристики расцепления обычно нерегулируемые; тепловой и/или электромагнитный принцип действия;

· автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB) широко применяются в большинстве низковольтных сетей и рассчитаны на номинальный ток до 1000 А; это также тепловые и/или электромагнитные автоматические выключатели, у которых ток расцепления может быть регулируемым;

· автоматические выключатели в изолированном корпусе (ICCB) для низковольтных сетей с повышенными значениями напряжения и тока.

Самой многочисленной группой являются миниатюрные автоматические выключатели. В первую очередь это объясняется огромной областью их применения. В общей схеме электроустановки они устанавливаются непосредственно возле потребителей.

Автоматический выключатель в своем составе имеет следующие основные части:

· контактная система с дугогасительной камерой;

· электромагнитный и/или тепловой расцепители;

· механизм свободного расцепления.

Принцип действия выключателей этого типа. При перегрузках в защищаемой цепи протекающий ток нагревает биметаллическую пластину. При нагреве пластина изгибается и толкает рычаг, воздействующий на механизм свободного расцепления. Выдержка времени отключения уменьшается с ростом тока. При коротком замыкании в защищаемой цепи ток, протекающий через электромагнитную катушку автоматического выключателя, многократно возрастает, соответственно возрастает магнитное поле, которое перемещает сердечник, переключающий рычаг свободного расцепления. В обоих случаях подвижный контакт отходит от неподвижного, аппарат выключается, происходит разрыв цепи, тем самым электрическая цепь защищается от перегрузок и токов короткого замыкания. При перегрузках и токах короткого замыкания отключение автоматического выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении. Современные автоматические выключатели имеют усовершенствованную конструкцию механизма управления и механизма свободного расцепления для снижения дребезга контакта, вследствие чего во время включения замыкание контактов происходит мгновенно, независимо от скорости движения рукоятки управления. Установленная металлическая пластина на боковой стенке в районе размыкающихся контактов предохраняет корпус от прогорания. При изготовлении корпуса используются высококачественные негорючие материалы с высокими огнеупорными и противоударными характеристиками и обладающие высокой механической прочностью. Контактные зажимы, глубоко погруженные внутрь корпуса, обеспечивают высокую степень безопасности при случайном прикосновении человека к корпусу прибора. Биметаллическая пластина соединена с механизмом свободного расцепления без люфта, что улучшает чувствительность прибора на ее изгиб. Главной особенность этих выключателей является то, что они предназначены для применения в электроустановках жилых и общественных зданий, т. е. могут устанавливаться в местах, доступных неквалифицированному персоналу. Дополнительные требования, возникающие вследствие "бытового" применения выключателей, сформулированы в ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) "Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения". В ГОСТ Р 50345 приведены требования к воздушным автоматическим выключателям, предназначенным для работы в электрических цепях переменного тока частотой 50 и/или 60 Гц, имеющим номинальное напряжение не выше 440 В, номинальный ток до 125 А и номинальную отключающую способность до 25 кА.

Стандарт классифицирует миниатюрные автоматические выключатели по числу полюсов, наличию защиты то внешних воздействий, способу монтажа, способу присоединения, току мгновенного расцепления и характеристике I2t. Кроме того, миниатюрные автоматические выключатели классифицируют по техническим характеристикам.

Широкий спектр исполнений автоматических выключателей по числу полюсов объясняется многообразием применений и защищаемых объектов. Двухполюсные автоматические выключатели служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок. Они предназначены для ручного включения и автоматического или ручного отключения электрических потребителей под нагрузкой. Автоматические выключатели двухполюсного исполнения применяются как правило в цепях постоянного тока до 63 А. Трехполюсные (трехфазные) автоматические выключатели служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок и электродвигателей от аварийных режимов, коротких замыканий, перегрузок по току, а также для понижения напряжения. Они применяются в цепях переменного тока с трехфазной нагрузкой (например, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором). Расцепители могут встраиваться в один, два или три полюса в зависимости от типа исполнения автомата. Четырехполюсные автоматические выключатели служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок. Они применяются в цепях переменного тока с трехфазной нагрузкой с системой заземления TNS. В четырехполюсном исполнении расцепитель может присутствовать не во всех полюсах выключателя.

Кроме того, нужно в однофазных сетях правильно устанавливать однофазные автоматические выключатели, а в трехфазных - трехфазные. Если поставить три однофазных автоматических выключателя на электродвигатель, то при срабатывании одного из них двигатель останется в работе на двух фазах, что может привести к его сгоранию. Также запрещается устанавливать отдельный выключатель защиты на нейтральный проводник. Для таких особенных случаев существуют двухполюсные выключатели, которые отключают и фазный, и защитный нейтральный провода одновременно. Также основными характеристиками, по которым и производится выбор автоматического выключателя, являются его номинальный ток и тип характеристики отключения. Правильный выбор характеристики автоматического выключателя является залогом его своевременного срабатывания.

Автоматический выключатель ВА

Автоматический выключатель ВА - коммутирующее устройство трех-, четырехполюсного исполнения, в конструкцию которого включены системы защиты от токов короткого замыкания и перегрузок со взаимосвязанными характеристиками, от понижения напряжения питания, а также приводные и дополнительные устройства, приспособления для монтажа. Автоматический выключатель ВА оснащен микроконтроллером, обеспечивающим точную программируемую селективную защиту, что позволяет обеспечить высокую надежность защиты цепей и избежать ложных отключений. Базовый вариант установки - стационарный. В комплекте с посадочным гнездом и тележкой реализуется выкатной вариант. Воздушный автоматический выключатель ВА предназначен для цепей переменного тока частотой 50/60 Гц с номинальным напряжением 400 и 690В и номинальными токами до 6300А. Выключатель ВА используется на электростанциях, заводах, шахтах и других крупных объектах в цепях распределения питания и схемах защиты электрических цепей и источников питания от длительных перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), от недопустимого снижения напряжения питания, однофазного замыкания на землю, а также для оперативного включения и отключения участков электрических цепей. В зависимости от типа цепей, условий эксплуатации и вида нагрузки, автоматические выключатели ВА производятся на различные номинальные токи и типы защитных характеристик.

Автоматические выключатели УЗО

Автоматические выключатели узо выполнены в корпусах из не поддерживающей горение пластмассы, снабженных замками, предназначенных для установки на рейку DIN. Автоматические выключатели узо выпускаются в двух- и четырехполюсном исполнении.

Принцип действия автоматического выключателя узо: Принцип действия основан на фиксации дифференциального тока (разница между прямым и обратным токами), возникающего при утечке на землю. Датчиком наличия дифференциального тока (тока утечки) служит дифференциальный трансформатор тока, сигналы с которого подаются сразу на катушку устройства отключения токового расцепителя, выполненную на постоянном магните. При этом происходит размагничивание катушки, и токовый расцепитель срабатывает без постороннего источника питания. Медный токовый расцепитель имеет посеребренные контакты и снабжен пятипластинчатой дугогасительной камерой, что дает высокие характеристики коммутационной износостойкости и предельной коммутационной способности. Комбинированные зажимы из посеребренной меди и анодированной стали обеспечивают надежный контакт с медными и алюминиевыми проводами сечением от 1 до 35 мм2.

Подключение: УЗО подключается последовательно с автоматическим выключателем для защиты от сверхтоков.

Автоматический выключатель узо предназначен для работы в трехпроводной сети, т.е. в сети, где защитный проводник "земля" и рабочий "ноль" разделены. Установка узо в двухпроводных сетях сводится к устройству заземления и подключению его в цепь перед устройством защитного отключения. В период эксплуатации рекомендуется ежемесячно проверять работоспособность узо путем нажатия на кнопку "Тест". Отключение автоматического выключателя узо свидетельствует о том, что устройство исправно.

Автоматические выключатели АП

Автоматические выключатели ап предназначены для установки в электрических цепях на напряжение до 220 В постоянного тока, до 500 В переменного тока частотой 50-60 Гц. Также автоматические выключатели ап предназначены для защиты от перегрузок, коротких замыканий, оперативных включений и отключений указанных цепей, с частотой до 30 включений в час (в том числе асинхронных электродвигателей с частотой до 12 включений в час). Автоматические выключатели ап климатического исполнения У и I категории 3 и ХЛ категории 5 без оболочки, У и I категории 2 и ХЛ категории 5 в дополнительной металлической оболочке.

Условные обозначения для автоматических выключателей ап без дополнительных расцепителей: 2М; 2МТ; ЗМ; ЗМТ

· цифра - количество полюсов максимальных расцепителей

· М - электромагнитный

· Т - тепловой

Условные обозначения для автоматических выключателей ап с дополнительными разделителями:

1М2Т (двухполюсный); 2МЗТ; 2М (трёхполюсные)

· первая цифра - число максимальных и электромагнитных расцепителей;

· вторая цифра - число максимальных тепловых расцепителей.

Автоматические выключатели АЕ

Автоматические выключатели АЕ предназначены для защиты потребителей в составе аппаратуры распределения электроэнергии в жилых и общественных зданиях. Степень защиты оболочки выключателя IP20. Климатические исполнения и размещения автоматических выключателей АЕ производится по ГОСТ 15150-69: УХЛ. 04. ТЗ. Крепление - винт. Дополнительные принадлежности не предусмотрены.

Автоматические выключатели АЕ 1031 предназначены для применения в электрических цепях напряжением до 380 В и частотой 50, 60 Гц для коммутаций в нормальном режиме и отключения в режиме, способном привести к аварии (т. е. при токах перегрузки и токах короткого замыкания), обеспечения безопасности изоляции проводников в части термических перегрузок. Степень защиты оболочки выключателя IP20. Климатические исполнения и размещения автоматических выключателей АЕ 1031 производится по ГОСТ 15150-69: УХЛ, 04, ТЗ. Автоматические выключатели АЕ 2044 предназначены для применения в электрических цепях напряжением до 440 В и частотой 50, 60 Гц для проведения тока в нормальном режиме и отключения при коротких замыканиях (установка 12 lH) и перегрузках (ток срабатывания 1,35 lH, 7 lH), а также оперативных отключений и включений электрических цепей (до 30 в час). Степень защиты оболочки выключателя IP20. Климатические исполнения и размещения автоматических выключателей АЕ 2044 производится по ГОСТ 15150-69: УХЛ, 04, ТЗ.

Автоматический выключатель света

Зачастую многих хозяев раздражает постоянно горящий свет в коридорах и прочих подсобных помещениях. Автоматический выключатель света призван помочь немножко уменьшить месячный итог работы счётчика и повысить комфортность пользования жилищем. Автоматический выключатель света - это устройство для включения и выключения электрических приборов освещения - светильников, люстр, лампочек, торшеров, и т.д., без участия человека. Различают автоматические выключатели света низкого и высокого напряжения. Автоматические выключатели света низкого напряжения используются в основном в небольших осветительных приборах. Автоматические выключатели света высокого напряжения используются для включения и выключения таких осветительных приборов как люстра, но также используются и в небольших осветительных приборах.

Автоматические выключатели света могут быть нескольких вариантов:

· Выключатели которые ведут подсчет числа людей, находящихся в помещении. Это позволяет автоматически включать освещение при входе первого человека и выключать его при выходе последнего.

· Автоматические выключатели с датчиком движения. При обнаружении движения в зоне действия датчика включается освещение, горит от 5 сек до 7 мин (регулируемое) и выключается.

· Автоматические выключатели света с датчиком движения и микрофоном (включает освещение при движении и от громкого звука, например: хлопка, звонка и т.д.).

Преимущества автоматических выключателей света заключается главным образом в экономии электроэнергии, защиты от короткого замыкания и конечно же удобства. Расцепители - это электромагнитные или термобиметаллические элементы, служащие для отключения автоматического выключателя через механизм свободного расцепления при КЗ, перегрузках и исчезновении напряжения в первичной цепи. Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен для отключения автоматического выключателя, а также для устранения повторного включения автоматического выключателя на короткое замыкание при длительно существующей команде на включение. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tс, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tс, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tс, о < 0,005 с). Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения Iу. Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.



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 срабатывания: 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.

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.

6. Официальный сайт http://electrik.info/ [Электронный ресурс].

7. Официальный сайт http://electricalschool.info/ [Электронный ресурс].

Размещено на Allbest.ru