Применение и типы предохранителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

коммутационный пускозащитный предохранитель аппаратура

Введение

1. Краткая характеристика объекта

2. Применение и типы предохранителей

3. Устройство и принцип действия предохранителей

4. Ремонт предохранителей

5. Расчет и выбор пускозащитной аппаратуры напряжением до 1000 В

5.1 Расчет и выбор аппаратов защиты (предохранители)

5.2 Проверка эффективности защиты

5.3 Выбор магнитных пускателей и тепловых реле

6. Разработка схемы управления работой плоскошлифовального станка

7. Охрана труда

Список использованной литературы



Введение

Предохранители - это коммутационные электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от аварийных режимов, защиты электрических сетей, электрооборудования общепромышленных установок, вагонов метрополитена и др. от токов перегрузки и коротких замыканий. Они отключают защищаемую цепь посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

В современных преобразовательных установках каждый полупроводниковый прибор имеет предохранитель. Токи, протекающие через предохранитель, могут достигать 100-200 кА. При разрушении предохранителя может произойти авария преобразовательной установки. В связи с этим быстродействующие предохранители должны иметь большую механическую прочность и обладать высокой надежностью.

Предохранитель является очень важным защитным устройством, используемым для автоматического разъединения линии тока в тех случаях, когда превышается заранее установленная величина тока, или длительность заранее установленной величины тока. В сущности, предохранитель представляет собой тонкую проволоку, которая, если ток превышает заранее установленную величину, должна расплавиться, и, тем самым, разорвать цепь.

Разрыв, осуществляемый предохранителем, основан на философии приемлемой защиты.

Существуют предохранители для цепей постоянного и переменного тока, в диапазоне от очень низких, до высоких напряжений. Автоматический выключатель тоже выполняет функцию, аналогичную функции предохранителя. Но, в отличие от выключателя, предохранитель, прерывая цепь, саморазрушается, и после того, как цепь будет разорвана, потребуется его замена.

Некоторые выключатели также обеспечивают разрыв цепи, как при наличии тока в цепи, так и без него. Существуют и гибридные устройства, в состав которых входит предохранитель, связанный с выключателем нагрузки. Эти устройства могут быть как однополюсными, так и собранными в многополюсный выключатель.

Некоторые предохранители предоставляют дополнительные возможности. К ним относятся индикация срабатывания (в виде выпадающего сигнала, плунжера, отметки сгорания, и т.п.), замыкание вспомогательного контакта, ограничение пикового тока, и т.п.



1. Краткая характеристика объекта

Предохранитель - электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. В цепи обозначается буквами «FU» и прямоугольником со сплошной линией в центре.

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.

Предохранители подразделяют:

по виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения на типы: g - с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения; а - с отключающей способностью в части диапазона токов отключения;

по виду плавких вставок в зависимости от быстродействия: небыстродействующие (типы а и g); быстродействующие (типы aR и gR);

по наличию и конструкции основания: с калиброванным основанием; с некалиброванным основанием; без основания;

по способу монтажа: на собственном основании; на основаниях комплектных устройств; на проводниках комплектных устройств;

по способу присоединения внешних проводников к выводам предохранителя: с задним присоединением; с передним присоединением; с передним и задним (универсальным) присоединением; по конструкции плавкой вставки:

с разборной плавкой вставкой (со сменными плавкими элементами); с неразборной плавкой вставкой (с несменными плавкими элементами);

по наличию указателя срабатывания и бойка: с указателем срабатывания и бойком; с указателем срабатывания; с бойком; без указателя срабатывания и бойка;

по наличию свободных контактов: со свободными контактами; без свободных контактов;

по количеству полюсов: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные.

Состав технических характеристик предохранителей, плавких вставок и держателей устанавливается в стандартах на конкретные серии и типы предохранителей и должен соответствовать следующему перечню (ГОСТ 17242-86):

- для держателя (или основания) предохранителя: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; допустимые потери мощности; число полюсов, если их более одного;

- для плавкой вставки: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; потери мощности; времятоковые характеристики для плавких вставок типа а; перегрузочная способность; диапазон токов отключения; наибольшая отключающая способность; наименьший ток отключения для плавких вставок типа а; характеристика пропускаемого тока; характеристики интегралов Джоуля; условия селективности (при необходимости); электрическое сопротивление плавкой вставки в холодном состоянии (допускается указать в рабочих чертежах, утвержденных в установленном порядке);

- для предохранителя: степень защиты по ГОСТ 14255-69; номинальное напряжение, номинальный ток и коммутационная способность свободных контактов (при их наличии).

Номинальное напряжение предохранителей с плавкими вставками a и g следует выбирать из ряда:

110; 220; 440 В - для постоянного тока;

220; 380; 660 В - для переменного тока.

Номинальное напряжение свободных контактов выбирают из ряда:

110, 220 В - для постоянного тока;

220; 380 В - для переменного тока.

Номинальная частота тока предохранителей должна соответствовать ГОСТ 6697-83.

Номинальный ток предохранителя при верхнем рабочем значении температуры воздуха должен соответствовать ГОСТ 6827-76.

Номинальные токи выбираются из ряда:

- для держателей (или основания) предохранителя - 10; 25; 31,5; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 А;

- для плавких вставок - 2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 А.

Рассмотрим технические характеристики предохранителей.

Номинальный ток предохранителя - ток, определяемый его теплофизическими и геометрическими параметрами. Устанавливается из учета превышения температуры на выводах и потерь мощности. Величина его определяется номинальным током установленной в нем плавкой вставки I в.ном; выражается при переменном токе - действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе - среднем значением и соответствует ГОСТ 6827-76.

Номинальный ток держателя (или основания) предохранителя представляет собой наибольший номинальный ток плавкой вставки, которая может быть использована в предохранителе.

Ток неплавления - заданное значение тока, которое плавкая вставка предохранителя способна пропускать в течение условного времени, не расплавляясь.

Условный ток неплавления - характеризуется отношением тока неплавления к номинальному току плавкой вставки.

Ток плавления - наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение длительного времени (при токах, превышающих ток плавления, плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время).

Условный ток плавления - заданной значение тока, при котором срабатывает плавкая вставка предохранителя в течение условного времени.

Ожидаемый ток в цепи - ток, который будет протекать в цепи, если установленный в ней плавкий предохранитель заменен перемычкой с незначительным полным сопротивлением.

Пропускаемый ток - максимальное мгновенное значение тока, достигнутое при срабатывании предохранителя.

Пограничный ток - ток, при котором установившейся температурой наиболее нагретого участка плавкой вставки является температура плавления материала плавкой вставки.

Номинальное напряжение предохранителя - максимальное напряжение электрической цепи (действующее значение), при котором обеспечивается надежное отключение предохранителей этой цепи.

Номинальное напряжение предохранителя представляет собой наименьшее значение из номинальных напряжений его частей: держателя предохранителя и плавкой вставки. На переменном токе номинальное напряжение предохранителя выражается действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе при наличии пульсации - среднее значение.

Напряжение отключения - мгновенное значение напряжения, которое появляется на выводах плавкой вставки (или предохранителя) в процессе его срабатывания. Обычно учитывается наибольшее значение этого напряжения. Измеряется: в цепи переменного тока - между пиком второй полуволны напряжения после отключения и прямой линией, проведенной между пиками предыдущей и последующей полуволн; в цепи постоянного тока - как среднее значение в течение 100 мс после отключения тока.

Время плавления плавкого элемента предохранителя - интервал времени от момента начала протекания сверхтока через предохранитель до момента достижения наиболее нагретого участка плавкого элемента температуры плавления материала. При этом имеется в виду, что сверхток имеет такое значение, которого достаточно для расплавления плавкого элемента.

Преддуговое время предохранителя - время между началом протекания тока, достаточного для расплавления плавкого элемента, и моментом возникновения электрической дуги.

Время дуги - интервал времени между моментом появления дуги и моментом ее окончательного погасания.

Время отключения предохранителя (полное время) - сумма преддугового времени и времени дуги.

Потери мощности при номинальном токе - произведение номинального тока на падение напряжения в предохранителе. Снижение этого параметра увеличивает срок службы предохранителей, экономит энергию и предотвращает тепловое воздействие предохранителей на находящиеся вблизи элементы управления. Кроме того, этот параметр является важным показателем состояния предохранителя в процессе эксплуатации: повышение потерь мощности даже на несколько процентов свидетельствует о начале разрушения плавких элементов предохранителя.

Характеристики энергетического воздействия тока, протекающего через предохранитель

Времятоковая преддуговая характеристика - зависимость преддугового времени (или полного времени срабатывания) предохранителя от ожидаемого тока отключения при установленных условиях.

Времятоковая характеристика плавления плавкой вставки - зависимость времени плавления плавкой вставки от ожидаемого тока отключения при установленных условиях.

Времятоковая характеристика отключения предохранителя - зависимость времени отключения предохранителя от тока отключения при установленных условиях.

Интегральная характеристика предохранителя - зависимость интегралов преддугового (или полного) тока от ожидаемого тока.

Характеристика токоограничения предохранителя - зависимость пропускаемого тока от тока отключения предохранителя при установленных условиях.

Времятоковые характеристики - характеристики токоограничения и интегральная характеристика представляются в виде графиков с логарифмическим масштабом.

Плавкие элементы постоянного сечения обычно изготовляются из проволоки, а переменного - из металлической фольги или тонкой металлической пленки. Обычно конструкции плавкого элемента переменного сечения включают в себя сужения (узкие перешейки) с повышенной плотностью тока и широкие части, обеспечивающие определенные тепловые режимы плавкого элемента. Отношение поперечного сечения широкой части плавкого элемента к поперечному сечению узкого перешейка определяет вид защитной характеристики (для быстродействующих предохранителей это отношение более 5, для инерционных и нормального быстродействие - менее 5).

Качество предохранителей в значительной степени зависит от значений переходного электрического сопротивления - при плохом контакте соединения плавкого элемента с контактами плавкой вставки переходное сопротивление может достигать 50% электрического сопротивления плавкого элемента, что приводит к перегреву предохранителя в номинальном режиме работы и сокращению срока его службы.

Все плавкие элементы предохранителей с большими номинальными токами присоединяются к контактным выводам сваркой, обеспечивающей хорошее качество контактных соединений.

Для предохранителей с малыми номинальными токами используется иногда пайка мягкими припоями, но чаще - механическое обжатие.

В разборных предохранителях плавкий элемент соединен с выводами плавкой вставки болтовым зажимом.

Наиболее подходящим материалом для плавкого элемента является серебро, т. к. оно имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный по сравнению со всеми другими используемыми металлами срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей, низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления испарения, высокий потенциал ионизации. Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требуя при этом предварительной обработки.

Наиболее близкими к серебру электрофизическими свойствами обладает медь, благодаря чему она также широко используется в производстве предохранителей. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря своей стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические напряжения, возникающие при изменении температуры и препятствующие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил оксидная пленка меди растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым дальнейшее развитие коррозионных процессов. Большое распространение в качестве материала плавких элементов получает алюминий. Электрическое сопротивление алюминиевых плавких элементов стабильно при длительном протекании номинального тока, что обусловлено наличием тонкой оксидной пленки, защищающей металл от дальнейшего окисления и не разрушающейся при нагреве вплоть до температуры плавления. Однако именно наличие этой пленки затрудняет процессы пайки и сварки алюминиевых плавких элементов.

Из других металлов, применяющихся для изготовления плавких элементов, следует отметить цинк. Он имеет низкую температуру плавления, что предпочтительно для плавкого элемента, т. к. при этом значительно снижаются требования к термоустойчивости других элементов конструкции. Теплофизические характеристики цинка обеспечивают довольно низкое значение интеграла плавления.

Конструкция контактов предохранителя должна обеспечивать прочное удержание плавкой вставки от перемещения ее под действием собственного веса и электродинамических сил, возникающих при токах перегрузки и КЗ, а также механических воздействиях. При этом не должен нарушаться электрический контакт между основанием и держателем плавкой вставки, держателем плавкой в ставки и плавкой в ставкой, плавкой вставкой и основанием.

Основные размеры выводов предохранителей должны соответствовать ГОСТ 21242-75. Они должны допускать присоединение внешних проводов и кабелей с диапазоном сечений, установленных ГОСТ 12434-83.



2. Применение и типы предохранителей

Предохранители являются защитными аппаратами. Они применяются для защиты от токов КЗ и перегрузок как низковольтных так и высоковольтных электрических цепей.

Предохранители находят самое широкое применение при эксплуатации электрооборудования как бытового, так и промышленного применения. Предохранители могут встраиваться в комплектные устройства. Выпускаемые промышленностью предохранители рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий. Предохранители изготовляются для разных рабочих напряжений, с плавкой вставкой, вставки могут быть неразборными, с различными наполнителями.

Предохранители можно разделить на группы: общего применения, сопутствующие, для защиты силовых полупроводниковых приборов (быстродействующие), для трансформаторных установок, низковольтные.

Рассмотрим их назначение.

Предохранители общего применения - используются для защиты силовых потребителей электроэнергии с высокой электротермической и электродинамической устойчивостью (электродвигателей, трансформаторов, внутрицеховых электросетей и т.п.) и отключают все токи: от пограничного тока до тока наибольшей отключающей способности, имеют плавкие в ставки типа g - с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения.

Предохранители сопутствующие - применяются совместно с автоматическими выключателями или тепловыми реле; должны отключать цепь только при больших токах, при этом либо ограничить ток до допустимого значения для выключателей, либо отключить цепь раньше, чем разойдутся контакты выключателя; применяются плавкие вставки типа а - с отключающей способностью в части диапазона токов отключения (малые токовые перегрузки отключают автоматические выключатели или тепловое реле).

Предохранители для защиты СПП отличаются высокими быстродействующими и токоограничительными способностями, т. к. полупроводниковые приборы термически малостойки.

Предохранители для трансформаторных установок - отличаются от обычных повышенной вибро- и ударостойкостью.

Предохранители низковольтные плавкие - коммутационные электрические аппараты, предназначенные для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

Быстродействующие предохранители в основном применяются для защиты полупроводниковых приборов. Малая тепловая инерция, быстрый прогрев 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 коротком замыкании. Для выполнения этой задачи разработаны специальные быстродействующие предохранители: типа ППА; типа ПП.

Широкое распространение получили пробочные и трубчатые предохранители напряжением до 1000 В типов ПР-2, ПН-2, НПН (трубчатые) и ПРС (пробочные). Пробочные предохранители применяются для защиты маломощных цепей электрического освещения, отопления, электродвигателей и др.



Рис. 1. - а - предохранители типа ПР-2; б - типа ПН-2; в - внутреннее устройство ПН-2

Трубчатые предохранители без наполнителя типа ПР-2 (рис. 1 а) являются разборными. Патроны этих предохранителей 5 выполняются из толстостенной фибровой трубки, на концы которой насажены латунные обоймы с резьбой для предотвращения ее разрыва. Резьба служит для завинчивания колпачков 9, обеспечивающих герметизацию предохранителя. Плавкая вставка 6 крепится винтами к контактным ножам 4. У предохранителей на токи До 60 А контактных ножей нет, их заменяют колпачки, которые при завинчивании прижимают плавкую вставку к специальной шайбе, чем обеспечивается ее крепление и хороший контакт. Предохранитель вставляется ножами в контактные стойки 3. Давление в контактном соединении обеспечивается стальными пружинами 2. Болты 1 служат для присоединения проводников. Плавкая вставка б изготовляется из листового цинка, стойкого против коррозии, в виде пластины с вырезами, уменьшающими сечение в определенных местах, где происходит ее перегорание. При появлении электрической дуги фибровая трубка выделяет газы, деионизирующие дугу и создающие в патроне давление, что способствует эффективному гашению дуги.

Предохранители разборные с наполнителем типа ПН-2 предназначаются для защиты цепей напряжением 380 В переменного и 220 В постоянного тока (рис. 1 б). Контактные стойки 3 своими основаниями 1 с зажимами для крепления проводов устанавливаются на изоляционной плите. Предохранитель контактными ножами 4 вставляется в стойки 3. Пружины 2 обеспечивают необходимое контактное нажатие. Выступы 7 служат для снятия предохранителя под напряжением с помощью специальной изоляционной рукоятки 8 с вырезами для захвата выступов 7 предохранителя.

Наполнителем в предохранителя служит кварцевый песок. Он хорошо поглощает тепло, охлаждает газы, в результате чего дуга деионизируется и гасится настолько быстро, что ток не успевает достигнуть максимального значения, которое имело бы место в защищаемой цепи при отсутствии в ней такого предохранителя. Предохранители с наполнителем обладают токоограничивающим свойством и имеют меньшее время отключения цепи, чем трубчатые без наполнителя.

На (рис. 1 в), показано внутреннее устройство предохранителя ПН-2. Фарфоровая трубка 7, квадратная снаружи и круглая внутри, имеет по углам четыре резьбовые отверстия, в которые ввинчиваются винты 3, крепящие пластинки 4. К этим пластинам винтами 2 присоединены диски 5 с приваренными с одной стороны медными плавкими вставками 6, а с другой - ножами 1. Для увеличения контактного нажатия контактных стоек 8 на ножи служат стальные кольца 9. Плавкая вставка имеет прямоугольную форму с продольными вырезами, уменьшающими ее сечение. В местах сужения напаяны оловянные шарики, которые, расплавляясь, играют роль растворителя меди, имеющей высокую температуру плавления (1080°). При расплавлении плавкой вставки дуга горит в узком канале, образованном ее испарившимся телом, энергично охлаждается кварцевыми песчинками и деионизируется на их поверхности. Перегоревшую плавкую вставку заменяют новой. Использованный кварцевый песок можно оставить, если он не спекся и не отсырел. При сборке предохранителя после замены плавкой вставки необходимо обеспечить герметичность, чтобы в него не мог проникнуть влажный воздух. Предохранитель НП-2 можно перезаряжать многократно.

Насыпные неразборные предохранители типа НПН-2 однократного действия применяются в электрических цепях, где перегрузки и КЗ крайне редки.

В электроустановках напряжением от 6 до 35 кВ нашли применение предохранители типов ПК внутренней и ПКН наружной установки с кварцевым заполнением для защиты силовых цепей; ПКТ - для защиты трансформаторов напряжения внутри помещения и ПКТН - снаружи.

Рис. 2. Предохранитель типа ПК-10

Предохранитель ПК-10 на напряжение 10 кВ (рис. 2) смонтирован на основании 7, к которому крепятся два опорных изолятора 1. На изоляторах закреплены контактные губки 4 с упорами 3. В губках устанавливается фарфоровый или стеклянный патрон 6, фиксируемый замком 5. Зажимы 2 служат для присоединения проводов электрической цепи, в которую включается предохранитель.

Патрон предохранителя 10 (рис. 2, б и в) имеет на концах латунные колпачки 9. Он заполнен чистым кварцевый песком, который охватывает плавкую вставку 11 из одной или нескольких медных проволок, намотанных на керамическое ребристое основание 14 или выполненных в виде спиралей 12. На спиральные плавкие вставки напаиваются оловянные шарики. При нагреве проволоки до температуры плавления олова (232°С) начинается растворение меди проволок в олове и происходит срабатывание предохранителя, которое фиксируется указателем 16. Указательная спираль 15 перегорает вслед за плавкой вставкой, указатель 16 выталкивается пружиной наружу, сигнализируя о перегорании предохранителя. Крышка 8 герметически запаивается.

Патрон предохранителя ПКТ отличается тем, что имеет плавкую вставку из одной константановой проволоки, намотанной на керамическое основание, и не имеет указателя срабатывания. Перегорание плавкой вставки ПКТ определяется по приборам, подключенным ко вторичной обмотке защищаемого трансформатора напряжения. Благодаря малому сечению плавкой вставки предохранители ПКТ обладают значительным токоограничивающим эффектом и способны отключать токи КЗ в цепях, где мощность КЗ достигает 1000 МВА.



3. Устройство и принцип действия предохранителей

Предохранители бывают плавкими (одноразовыми) и автоматическими (многоразовыми).

Плавкий предохранитель (рис. 3) 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, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Рис. 3. Вид плавкого предохранителя

Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями 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.

Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги.

Автоматический предохранитель (рис. 4) (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт, разрывая тем самым электрическую цепь. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,45 от номинального тока предохранителя. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический предохранитель готов к следующему использованию после остывания пластины.

Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в от 6 и более раз от номинального тока, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы A, B, C и D в зависимости от характеристики срабатывания расцепителей).

Рис. 4. а - базовый автоматический предохранитель на 120 В; б - двойной автоматический предохранитель на 240 В

Основными частями предохранителя являются плавкая вставка и основание для ее установки.

Плавкая вставка - часть предохранителя, в которой происходит отключение электрического тока, подлежащая замене после срабатывания предохранителя. Она представляет собой корпус, в котором расположен плавкий элемент, расплавляющийся при срабатывании предохранителя, и дугогасительное устройство, представляющее собой наполнитель, для гашения возникающей при перегорании плавкого элемента электрической дуги.

Держатель плавкой вставки - съемная часть предохранителя, предназначенная для удержания его плавкой вставки. Контакты плавкой вставки - токоведущая часть, обеспечивающая электрическую связь контактов плавкой вставки с подводящими проводниками. Держатель предохранителя - сочетание основания предохранителя с держателем плавкой вставки. Блок предохранителя - механическое устройство в конструкции плавкой вставки предохранителя, которое при срабатывании предохранителя освобождает энергию, необходимую для срабатывания других аппаратов (или указателей) или для воздействия на свободные контакты предохранителя.



4. Ремонт предохранителей

Текущий ремонт

При текущем ремонте предохранителей напряжением до 1000 Вольт с контактных поверхностей губок и патронов удаляют грязь, оксидные пленки и частицы расплавленного металла. Окислившиеся контакты зачищают стеклянной бумагой, а обгоревшие и оплавленные - надфилем. Затем разбирают патрон, проверяют состояние внутренних токопроводящих частей и плавких вставок. Дефекты устраняют, а плавкую вставку, долго находившуюся в эксплуатации, заменяют новой. Вставки в предохранителях соседних фаз независимо от их состояния также меняют. Они должны быть однотипными, заводского изготовления и строго соответствовать значениям номинального тока предохранителя и тока защищаемой линии. При осмотре патрона предохранителя обращают внимание на целость и степень износа его стенок, так как при частых перегрузках плавкой вставки стенки патрона выгорают под воздействием высокой температуры дуги. При выгорании стенок патрона более чем на 50% первоначальной толщины патрон заменяют новым.

Фибра, из которой изготовляют патрон предохранителя, представляет собой электротехнический картон, пропитанный под давлением раствором хлористого цинка. При перегорании плавкой вставки под воздействием высокой температуры дуги фибра выделяет пары цинка и хлористый газ, которые способствуют быстрому гашению дуги. При ремонте патрона стенки очищают от обгоревшей фибры, промывают, насухо вытирают чистой тряпкой, покрывают двумя слоями бакелитового лака или одним слоем клея БФ-2, а затем просушивают. После очистки внутренних токопроводящих деталей полость патрона предохранителя наполняют сухим кварцевым песком, который предварительно обрабатывают 2%-м раствором соляной кислоты, промывают и просушивают при 150-180 °С.

Чтобы убедиться в наличии электрической цепи между плавкой вставкой и контактными частями, отремонтированный патрон проверяют контрольной лампой, а затем устанавливают (при отключенном напряжении) в губках предохранителя. При этом обращают внимание на наличие контакта между губками и патроном.

В ремонтных мастерских можно изготовить плавкую вставку из калиброванной проволоки, т.е. проволоки из легкоплавких металлов или сплавов, имеющей конкретный диаметр и рассчитанной на определенный ток (калибровку проволоки проводят на специальном стенде).

Расчет необходимого номинального значения тока плавкой вставки ведут с учетом эксплуатационных перегрузок и пуска защищаемой установки. Так, пусковой ток асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором может превышать номинальное значение тока в 7 раз. По мере разгона двигателя пусковой ток уменьшается до номинального. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Предохранитель не должен перегорать при воздействии на него пусковых токов. Параметры плавкой вставки в процессе эксплуатации должны быть стабильными, т.е. не должно происходить ее старения. Экспериментально установлено, что старение плавкой вставки не происходит при токах, равных 0,5 I_пл, где I_пл - ток плавления вставки. Из время-токовой характеристики предохранителя ПН-2 для времени 1 с его вставка плавится при токе, равном 5 I_{вст.ном}.. Если пуск АД длится 1 с, то среднее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 I_пл плавкой вставки за это же время. Таким образом, пусковой ток I_п связан с током плавления I_пл соотношением

I_п = 0,5 I_пл = 0,5•5 I_{вст.ном};

откуда I_{вст.ном} = 0,4 I_п;

т.е. номинальный ток вставки выбирают в зависимости от пускового тока нагрузки.

При тяжелых условиях пуска АД (привод центрифуги и др.) или повторно-кратковременном режиме, когда пуски происходят с большой частотой, плавкая вставка выбирается с еще большим запасом по току:

I_{вст.ном} = (0,5- 06) I_п

Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько АД,

I_{вст.ном} = 0,4( I_р + (I_п - I_ном.дв))

где I_р - расчетный номинальный ток линии, равный сумме номинальных токов всех двигателей; I_ном.дв - номинальный ток двигателя, имеющего наименьшую мощность.

Для АД с фазным ротором, если I_п < 2 I_ном.дв,

I_{вст.ном} = (1-1,25)I_ном.дв

Возможные неисправности, их причины, порядок устранения

Рассмотрим возможные неисправности, которые могут возникнуть при работе предохранителей.

1. Гашение дуги при срабатывании предохранителя различных конструктивных исполнений происходит в различных дугогасящих средах.

В качестве дугогасящей среды может использоваться: вакуум. Однако при этом в цепях постоянного и выпрямленного токов после расплавления плавкого элемента в вакууме горит устойчивая дуга, и предохранитель не способен отключать ток К3; изоляционная жидкость. При токах К3 вокруг плавкого элемента образуется область, заполненная паром изоляционной жидкости, которая теплоизолирует плавкий элемент или его узкий перешеек, вызывая тем самым ускорение процесса расплавления.

2. Пространство между керамическими пластинами и корпусом плавких вставок заполняется кварцевым песком. После возникновения дуги при расплавлении металлического перешейка на очень малой длине (0,5-1 мм) ионизированная плазма и расплавленный металл перешейка будут удаляться из дугового промежутка через щель в наполнителе. Наличие близко расположенных к дуге относительно холодных (при больших токах КЗ) изоляционных стенок радиаторов способствует деионизации дугового промежутка. Явление вжигания металла в материал изоляционных стенок радиаторов несколько снижает эффект дугогашения. Поверхность всех радиаторов на месте горения дуги остеклована, однако значительный температурный удар, возникающий при горении дуги, вызывает появление многочисленных микротрещин и даже растрескивание радиаторов.

3. Предохранители с плавкими элементами, достаточно прочно зажатыми между керамическими накладками и размещенными в кварцевом песке, надежно отключают большие токи КЗ, но при малых токовых перегрузках, вследствие значительного нагрева керамических накладок, возможно затяжное горение дуги, иногда приводящее к разрушению предохранителя; сыпучий наполнитель - кварцевый песок - наиболее широко применяемый материал. Гашение дуги в таких предохранителях основано на интенсивной деионизации дуги в узких щелях между песчинками наполнителя.

4. Защитные характеристики предохранителей существенно зависят от уплотнения наполнителя, т. к. даже в плавких вставках, до предела заполненных песком, но без дополнительного уплотняющего воздействия, при транспортировке и эксплуатации возникают воздушные полости значительных размеров, что при отключении предохранителем цепей в аварийном режиме приводит к значительному увеличению длительности горения дуги, т.е. ухудшению защитных характеристик или даже к авариям.

5. В случае прохождения через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая защищаемый участок от остальной части электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В широко применяются предохранители ПР и ПН.

Предохранитель ПР состоит из контактных стоек и закрытого разборного патрона, внутри которого располагается плавкая вставка. Чтобы избежать выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в защищаемой электрической цепи при коротком замыкании, в контактах обеспечиваются необходимые нажимы за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек, стальной кольцевой или пластинчатой пружины и специального зажима с рукояткой, установленного на контактной стойке. Патрон предохранителя ПР представляет собой фибровую трубку с толщиной стенок 3-6 мм, на концах которой накручены латунные втулки с прорезями для плавкой вставки. На втулку надеты латунные колпачки, которые служат контактами в предохранителях на номинальные токи до 60 А. В предохранителях на 100-1000 А контактами являются медные ножи.

Плавкие вставки представляют собой пластины, имеющие один или несколько участков сужения. При перегрузках плавкая вставка перегорает на одном участке сужения, а при коротком замыкании - на нескольких одновременно. При плавлении вставки пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства. А это содействует быстрому гашению электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения дуги.

Способы и устройства безопасной замены плавких вставок

Устройства должны обезопасить оператора от соприкосновения с токоведущими и нагретыми частями плавкой вставки. На корпусах плавких вставок имеются специальные выступы, которые входят в захваты рукоятки. Плавкие вставки удерживаются в рукоятке пружинными защелками.

В резьбовых предохранителях зазор между корпусом и головкой плавкой вставки выбирается таким, чтобы пальцы оператора не могли коснуться токоведущей резьбы основания.

Плавкая вставка, укрепленная непосредственно на проводниках защищаемой цепи, сменяется только после отключения установки от источника напряжения и охлаждения. Контакты, соединяющие плавкую вставку с контактами основания предохранителя:

Во врубном исполнении контактных соединений необходимое контактное давление осуществляется за счет упругости губок контактов основания и с помощью контактных пружин, в резьбовых предохранителях - пружинным колпачком головки, в плавких вставках без основания - болтовым соединением вывода плавкой вставки с подводящим проводником. В ножевых контактах применяется клиновое контактное соединение, при котором ножевой контакт плавкой вставки прижимается к плоскости контактов основания с помощью перемещаемого винтом клапана. Такое соединение сочетает в себе достоинства болтового (большие усилия к поверхности прикосновения) и врубного (достаточно простая и быстрая смена сработавших плавких вставок). Для замены следует использовать предохранитель, рассчитанный на такую же или меньшую величину номинального тока. Если вместо перегоревшего установить предохранитель, рассчитанный на меньший номинальный ток, то новый предохранитель может сразу же перегореть.



5. Расчет и выбор пускозащитной аппаратуры напряжением до 1000 В

5.1 Расчет и выбор аппаратов защиты (предохранители)

Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и длительных токов перегрузок. Предохранители характеризуются номинальными токами плавкой вставки и предохранителя. Номинальным током плавкой вставки называют ток при котором она должна работать в течении продолжительного времени, а номинальным током предохранителя - наибольший из номинальных токов плавких вставок, используемых в данном предохранителе.

В случае прохождения через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего его номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая защищаемый участок от остальной цепи электрической установки. В электроустановках напряжением до 1000 В широко применяются предохранители типов ПР2, ПН2, НПН.

Предохранители выбирают по напряжению, предельно подключаемому току и номинальному току плавкой вставки.

Плавкие вставки предохранителей для защиты одиночных двигателей должны отвечать 2 требованиям:

не должны перегорать при запуске двигателей;

обязательно должны перегорать при возникновении токов короткого замыкания.

Чтобы плавкие вставки не перегорали при запуске двигателя из выбирают по формуле:

(5.1.1)



где - номинальный ток двигателя указывается в техническом паспорте; - краткость пускового тока, указывается в каталоге и означает, во сколько раз пусковой ток больше номинального; - условие запуска двигателя: = 2,5 для двигателей с нормальными условиями запуска (относительно редкие пуски и небольшая длительность разгона - 5-10 с; = 1,6-2,0 для двигателей с тяжелыми условиями пуска (длительность разгона до 40 с).

Производим расчет и выбор плавких вставок предохранителей для двигателей.

Исходные данные для расчета

№ п/п	Рн, кВт	Iн, А	Кi	б
1	11,5	20,7	6,0	2,0
2	21,2	40,3	7,0	2,0
3	2,2	6,5	7,5	2,5
4	3,0	8,5	7,5	2,0
5	2,1	4,7	7,0	2,5

Реверс - 3,4. Перегрузки - 1, 3, 5.

Расчет:

.

Принимаем = 80А.

Тип предохранителя ПН-2 100/80.



.

Принимаем = 150А.

Тип предохранителя ПН-2 250/150.

.

Принимаем = 20А.

Тип предохранителя ПР-2 60/20.

.

Принимаем = 35А.

Тип предохранителя ПР-2 60/35.



.

Принимаем = 15А.

Тип предохранителя ПР-2 15/15.

Производим расчет и выбор групповой плавкой вставки. Чтобы не было ложных срабатываний групповой плавкой вставки, необходимо соблюдать 2 условия:

1. (5.1.2)

2. (5.1.3)

где - номинальный ток двигателя, А;

- сумма номинальных токов двигателей, А;

- сумма номинальных токов двигателей, за исключением двигателя у которого больший пусковой ток в группе, А;

- пусковой ток двигателя, у которого он больше в группе, А.

1.



Рассчитываем пусковые токи двигателей:

Принимаем

Тип предохранителя ПН-2-250/150

Результаты расчетов и выбора плавких вставок предохранителей заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты выбора плавких вставок предохранителей

№ п/п	Iн.дв, А	Кi	б	Iрасч., А	Тип предохранителя	Iпл.вст, А
1	20,7	6,0	2,0	62,1	ПН2-100	80
2	40,3	7,0	2,0	141,05	ПН2-250	150
3	6,5	7,5	2,5	19,5	ПР2-60	20
4	8,5	7,5	2,0	31,8	ПР2-60	35
5	4,7	7,0	2,5	13,1	ПР2-15	15
Iгр.пл.вст.	129	ПН2-250	150

5.2 Проверка эффективности защиты

Стандартная плавкая вставка проверяется на эффективность защиты.

Защита будет эффективна если:

(5.2.1)

а для пожароопасных помещений:

(5.2.2)

Ток короткого замыкания рассчитывается по формуле:

(5.2.3)

где - фазное напряжение сети, В;

- сопротивление петли (фаза-нуль), Ом.

Пусть сопротивление петли (фаза-нуль) имеет следующие значения:

= 0,5 Ом

= 1,1 Ом

= 1,5 Ом

= 1,1 Ом

= 1,0 Ом

= 0,5 Ом

Вычисляем токи коротких замыканий:

Проверяем эффективность защиты для электродвигателей:

;

;

.

Защита эффективна.

;

;

.

Защита не эффективна. Для эффективности защиты необходимо уменьшить сопротивление (фаза-нуль), для чего заменить алюминиевые провода на медные или увеличить сечение провода.

;

;

.

Защита эффективна.

;

;

.

Защита эффективна

;

;

.

Защита эффективна.

;

;

.

Защита не эффективна. Для эффективности защиты необходимо уменьшить сопротивление (фаза-нуль), для чего заменить алюминиевые провода на медные или увеличить сечение провода.

5.3 Выбор магнитных пускателей и тепловых реле

Выбор магнитных пускателей

Магнитный пускатель - низковольтный коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного управления асинхронными двигателями. Он совмещает аппарат управления и защиты. В комплекте с тепловым реле пускатель выполняет защиту электродвигателей от перегрузки. При исчезновении напряжения или при его снижении на 40-60 % от номинального силовые контакты размыкаются (осуществляется нулевая защита). Нереверсивный магнитный пускатель состоит из одного трехполюсного контактора и трехэлементного теплового реле. Реверсивный - из двух контакторов и теплового реле. Реверсивные пускатели имеют механическую блокировку для исключения одновременного включения двух контакторов. Наиболее распространены магнитные пускатели серии ПМЛ, ПМА.

Электромагнитные пускатели и контакторы выбирают по номинальному напряжению, номинальному току, напряжению катушки и по конструктивному исполнению.

Пускатели серии ПМЕ выпускаются нулевой, первой, второй величины, а пускатели ПАЕ - третьей, четвертой, пятой и шестой величины. Величина пускателя определяет мощность управляемого двигателя при напряжении 380 В. Промышленность выпускает 7 величин пускателей: 0- до 1,1 кВт; 1- 1,1- 4 кВт; 2- 4- 10 кВт; 3- 10- 17 кВт; 4- 17- 28 кВт; 5- 28- 55 кВт; 6- 55- 75 кВт.

По степени защиты от окружающей среды магнитные пускатели выпускаются: 1- открытого исполнения; 2- защищенного исполнения; 3- пыле-влагозащищенного исполнения.

По электрическому исполнению магнитные пускатели выполняют:1-нереверсивный без теплового реле; 2- нереверсивный с тепловым реле; 3- реверсивный без теплового реле; 4- реверсивный с тепловым реле.

Учитывая изложенное производим выбор магнитных пускателей, результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Выбор магнитных пускателей

№ п/п	Рн.дв., кВт	Окружающая среда	Рабочая машина	Место установки	Тип магнитного пускателя
		сухое	сырое	пыльное	перегрузка	реверс
1	11,5		+		+	-	В шкафу	ПАЕ 312
2	21,2		+		-	-	В шкафу	ПАЕ 411
3	2,2		+		+	+	В шкафу	ПМЕ 114
4	3,0		+		-	+	В шкафу	ПМЕ 113
5	2,1		+		+	-	В шкафу	ПМЕ 112

Выбор тепловых реле

Тепловое реле применяется в комплекте с магнитным пускателем и служит для защиты электрических двигателей от токов перегрузок.

Уставка теплового расцепителя теплового выбирается по формуле:

(5.3.1)

По каталогу выбираем ближайшую большую уставку теплового реле и его тип, результаты заносим в таблицу 3.



Таблица 3. Выбор тепловых реле

№ п/п	Iн.дв, А	Перегрузка	Тип теплового реле	Iу.т.р., А
1	20,7	+	ТРН-45	25
2	40,3	-
3	6,5	+	ТРН-10	2,5
4	8,5	-
5	4,7	+	ТРН-10	6,3



6. Разработка схемы управления работой плоскошлифовального станка

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная плоскошлифовального станка

Напряжение общей питающей сети переменного тока 380 В.

Напряжение цепей управления - 110 В, местного освещения - 24 В, сигнализации - 5 в, цепей управления постоянного тока - 110 В.

Описание действия электросхемы станка

Поворотом рукоятки вводного пакетного выключателя ПП1 в положение "Включено" включается цепь питания станка (рис. 5)

Для подготовки схемы к работе необходимо включить выключатель AI и А2 в положение "Включено". Включение вращения шлифовального круга.

Включение вращения шлифовального круга производится повторным нажатием на кнопку КУ1.

Кнопка КУ1 имеет два Н.О. контакта 7-9 и 17 - II

Первый контакт включает цепь контактора КЗ, второй контакт включает контактор KI, который Н.О. контактом 17--II становится на самопитание и включает электродвигатель Д1.

Включение и выключение электромагнитной плиты:

Станок оборудован магнитной плитой для удержания деталей из магнитных материалов в процессе шлифования.

Работать можно и без магнитной плиты. Для выбора рода работ на пульте установлен переключатель П1 "Работа с плитой" - "Без плиты".

Поворотом рукоятки этого переключателя в положение "Работа с плитой" подготавливается к включению цепь питания электромагнитной плиты.

Поворотом рукоятки переключателя П4 в положение "Включено" замыкаются контакты П1-П3 и П4-П2 и на магнитную плиту подается напряжение по цепи П1-П3-П5-П4-П2

При этом срабатывает электромагнитное реле Р> катушка которого включена последовательно с магнитной плитой. Реле Р> своим Н.О. контактом 5-19 подготавливает к включению цепь контактора К2, а контактом 3-107 включает сигнальную лампу ЛС1 "Плита включена". Для снятия изделий с магнитной плиты необходимо рукоятку барабанного переключателя перевести в положение "Размагничено" и отпустить.

Под действием пружины рукоятка возвратится в нулевое положение. В нулевом положении замыкается контакт П4-П6, все остальные контакты разомкнуты, плита, отключенная от выпрямителя, шунтируется сопротивлением Р. Реле Р> выключается, отключая сигнальную лампу ЛС1, а контакт 5-19 размыкается.

В положении рукоятки переключателя П4 "Размагничено" замкнуты его контакты П1-П4 и П2-П7 и в катушках электромагнитной плиты протекает ток обратного направления пониженной силы из-за наличия в цепи части сопротивления R. Кратковременный импульс тока обратной полярности необходим для размагничивания магнитной плиты и частично шлифуемых деталей.

Включение гидравлики:

При нажатии на кнопку КУЗ подается напряжение на катушку контактора К2, который Н.О. контактом 21-23 становится на самопитание и включает электродвигатель Д2, а контактом 5-49 подготавливает к включению цепь питания электромагнитов Э1 и Э2. Включение гидравлики без включения магнитной плиты возможно только в положении переключателя П1 "Работа без плиты". В положении переключателя П1 "Работа с плитой" включение гидравлики возможно только после включения магнитной плиты переключателем П4.

Включение автоматической вертикальной подачи:

Включение автоматической вертикальной подачи производится переключателем П2.

Поворотом переключателя в положение "Подача включена" включается цепь питания электромагнитов Э1 и Э2 в зависимости от того, какой из конечных выключателей ВП1 или ВП2 будет нажат.

Включение насоса подачи охлаждающей жидкости и магнитного сепаратора:

Поворотом рукоятки пакетного выключателя ПП2 в положение "Включено" подается напряжение непосредственно на электродвигатели Д4 и Д5 (при работе электродвигателя Д3).

Ускоренный подъем и опускание шлифовальной бабки:

Ускоренное перемещение шлифовальной бабки "Вверх" или "Вниз" возможно только при разомкнутых шестернях - механизма вертикальной подачи.

Поворотом рукоятки подготовки включения ускоренного вертикального перемещения шлифовальной бабки эксцентрик замыкает контакт 5-31 конечного выключателя ВП3.

Затем нажатием на кнопку КУ6 или КУ5 производим включение контакторов К6 или К7. Контакторы К6 и К7 включают вращение электродвигателя Д6 в необходимую сторону.

Включение освещения:

Поворотом рукоятки переключателя ПО производится включение и выключение лампы местного освещения ЛО.

Блокировка:

На станке предусмотрены следующие блокировки:

1. Блокировка включения электродвигателя шлифовальной бабки обеспечивает включение электродвигателя шлифовальной бабки только в случае заполнения полости подшипника смазкой. При отсутствии смазки Н.О. контакт переключателя давления смазки 9-17 разомкнут, а, следовательно, разорвана цепь питания контактора K1.

2. Блокировка движения стола. Предназначена для выключения электродвигателя Д2 гидроустановки при исчезновении тока в катушках магнитной плиты (обрыв провода, перегорание плавкой вставки в выпрямителе и т.д.). При этом реле Р > отключится и своим Н.О. контактом 5-19 разорвет цепь питания контактора К2. Электродвигатель Д2 отключится, и стол станка остановится.