Защитные аппараты в сетях низкого напряжения. Назначение, конструкции

Предохранители – это эл апараты, предназнач для защ эл цепей от токовых перегрузок и токов К.З. Основными элементами предохранит явл плавкая вставка, включ последовательно с защищаемой цепью, и дугогасит устр-во.

Делят на 3 группы: инерционные, обычные, быстродействующие.

а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме (ПР-2). Вставка располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра, латунной обоймы и латунного колпачка. Плавкая вставка прижимается к латунной обойме колпачком или к контактным ножам с помощью болтов, которые является выходным контактом. Плавкая вставка штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при КЗ и создают эффект токоограничения. ПР-2 на токи до 1000А.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Корпус квадра тного сечения предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные медные плавкие вставки и наполнитель - кварцевый песок. Плавкие вставки привариваются к диску, который крепится к пластинам, связанным с ножевыми контактами. Пластины крепятся к корпусу винтами. В качестве наполнителя использу-ется кварцевый песок с содержанием SiO₂ не менее 98 °/о. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения 8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использован наполнителя. Соединение нескольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки

наносятся оловянные полоски 7 (металлургический эффект). Предохранители ПН-2 выпускаются на номинальный ток до 630 А.

В малогабаритных распределительных устройствах применяются резьбовые предохранители типа ПРС. Один конец цепи подводится к контакту, который связан с контактной гильзой, соединенной резьбой с контактом съемной головки. Плавкая вставка располагается в фарфоровом цилиндре, заполненном кварцевым песком. На торцах цилиндра укреплены контактные колпачки, с которыми соединена плавкая вставка. Второй конец цепи через контакт соединяется с контактным винтом. Предохранитель имеет указатель срабатывания. При сгорании плавкой вставки освобождается специальная

пружина, которая выбрасывает глазок в застекленное отверстие. После срабатывания предохранителя заменяется цилиндр со сгоревшей

плавкой вставкой и сигнализирующим устройством. Предохранители этого типа выпускаются на токи до 100 А, U до 440 В постоянного тока и до 500 В ~I частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток составляет 60 кА.

в) Предохранители с жидкометаллическим контактом. В таком предохра-нителе электроизоляционная трубка имеет капилляр, заполненный жидким металлом. Капилляр с жидким металлом герметично закрыт электродами и корпусом с уплотнением и имеет специальное демпфирующее устройство. При протекании большого тока жидкий металл в нем испаряется, образуется паровая пробка и электрическая цепь размыкается. После определенного времени пары металла конденсируются и контакт восстанавливается. Предельный отключаемый ток таких предохранителей достигает 250 кА при напряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократ-

но с большим токоограничением.

г) Быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Имеют быстрое время срабатывания. Защита теристоров при внутренних к.з. ПНБ-5 предохранит насыпной быстродействующий.

Конструктивно быстродействующий предохранитель представляет собой корпус из прочного фарфора, внутри которого располож плавкие вставки и кварцевый песок. Контакты укрепляются к корпусу винтами и могут иметь различное исполнение. С целью улучшения охлаждения при больших номинальных токах плавкая вставка выполн-ся из ленты толщиной 0,05-0,2 мм. При больших токах вставка имеет несколько параллельных ветвей. Для дальнейшего уменьшен перешейка предохранит имеет искусственное водяное или маслянное охлаждение. Для уменьшен времени горения дуги плавкая вставка имеет большое число перешейков. ПП-57 на номинальные токи 40—800 А и серия ПП-59 на номинальные токи 250—2000 А. Номинальные U составляют до 1250В перемен и до 1050В постоянного тока.

Выбор преохранителей

а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска. В процессе длит эксплуатац t нагрева предохранит не должна превосходить доп-мых знач-ий. Необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происходить старения под действием этих токов. Таким образом:

1) т.е. номин I вставки выбир-ся по пусковому току нагр-ки.

Для тяжелых условий пуска вставки выбирают с еще большим запасом:

Iв,ном=(0,5-0,6)Iп. Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько двигателей, плавкую вставку рекоменду-ся выбирать по формуле

где Iр-расчетный номинальный ток линии, равный SIном,дв. Разность Iп—Iном.дв берется для двигателя, у которого она наибольшая. Для двигателя с фазным ротором, если

Iп £ 2Iном,дв, то плавкую вставку выбир по услов Iв,ном³(1-1,25) Iном,дв.

2) Проверка по условиям к.з.: Допускается применение предохранит при кратностях Iк/Iв,ном ³ 3-4. При такой кратности напряжение прикосновения может оказаться опасно большим, и нагрев провода может быть большим. Установка плавких вставок с большим запасом может допускаться, когда выгорание изоляции проводников не грозит пожаром (провода уложены

в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).

3) В заключение следует указать: Uном,пр = Uном,с.

б) Выбор предохранителей по условию селективности. Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранит, которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно. Для обеспечения селективности полное время tр2 работы предохранителя FU2(устан у потребит) должно быть меньше времени на-

грева предохранителя FU1(устан у источника) до температуры плавленияего вставки,т.е.

Условие селективности для предохранителей с гашением дуги в закрытом объеме: Для закрытых предохранителей с мелкозернистым наполнителем и медной вставкой селективность соблюдается при q1/q2>1,55. Указанные соотношения справедливы и для случая токоограничивающих предохранителей, когда ток КЗ длится только долю полупериода. Рассмотренный расчет носит приближенный характер,

так как не учитывает конкретные характеристики данной конструкции предохранителя и отклонения реальных характеристик от номинальных из-за производственных допусков. В результате получим необходимое условие селективности: т.е. для селективной работы время срабатывания предохранителя на больший ток должно быть в 3 раза больше,чем у предохранителя на меньший ток.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) - служат для автома-тического отключения электрической цепи при перегрузках, КЗ, чрезмерном понижении U питания, изменении направления мощности и т. п., а также для редких включений и отключений вручную номинальн токов нагрузки.

По виду воздействующей величины автоматы дел: на максим автоматы по I, миним автом по I, минимальные автом по U, автоматы обратного I, максим автоматы, работающие по производной тока, поляризованные максимальные автоматы (отключают цепь при нарастании тока в одном – прямом направле-нии) и неполяризованные, реагирующие на возрастан I в любом направле-нии. По времени срабатывания автоматы дел: нормальные(0,02-0,1с); с выдержкой t на отключение т.е. селективные (регулир-ся как t так и I); токоограничивающие(0,001-0,005с)- используются для выпрямительных устр-ств и для электрофицир транспорта; универсальные(комбинированная защита) – миним защ по U, максим защ по I; установочные – имеют лишь МТЗ, отрегулирован на заводе. В любом автомате есть следующие основные узлы: токоведущая цепь(контакты), дугогасительная система, привод автомата, меха-низм автомата, механизм свободного расцепления и элементы защиты – расцепители.

При Iн£200А примен 1 пара контактов из Cu, покрытых металлокерамикой. При Iн³200А примен двухступенчатые перекатывающиеся контакты или пары главных и дугогасительных контактов, покрытых металлокерамикой или серебром для увеличен дугостойкости. Дугогасит системы примен в автоматах: полузакрытого и открытого исполнения. Полузакрытое исполнен примен в установочных и универсальных автом. Здесь примен деионная дугогасит решётка из стальных пластин. В быстродействующих автом и автоматах на I ³100кА или U ³1000В примен дугогасит устр-ва открытого исполнен. Здесь примен лабиринто-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью, втягивание дуги осущ магнитным дутьём с катушкой I. Приводы могут быть ручные (до 200А) и электромеханические: до 1кА примен эл-магнитный, при I ³1,5кА примен электродвигательный привод. Механизм передачи усилия от привода к контактам- передаёт движение от привода к конт и удержив их во включ положении, освобождает конт при отключен автом, сообщ конт скорость, необходим для гашен дуги, фиксир их в отключ положении и подгот автом для нового включен. Наиболее распространены максим расцепители – это эл-магнитные (эл-магнит и якорь) и тепловые системы с биметалической пластиной. Обмотка электромагнита расцепителя включ последовательно с нагрузкой. Для создания выдержек времени м/у эл-магнитом и механизмом свободного расцеплен ставятся часовые механизмы. Более совершены полупроводни-ковые расцепители. Миним расцепитель выполн также эл-магнитньго типа. U отпускания эл-магнита регулир в пределах 35-70% от номин.

Выбор автоматов: 1) Должны выпон услов: Uном,а³Uном,с; Iном,а³Iном,н, где Uном,а, Iном,а, Uном,с, Iном,н, - номинальные напряжения и токи автомата, нагрузки и сети. 2) Для автоматов защиты двигателей с коротко-замкнутым ротором ток уставки электромагнитного расцепителя

Для двиг с фазным ротором Iуст,эм³(2,5—3)•Iном.дв.

Для короткозамкнутых двиг-лей

где разность (Iп-Iном.дв) берется для двиг-лей, у которых она наибольшая.

Для двигателей с фазным ротором

где I`ном.дв. -ток двигателя с наибольшим пусковым током. Для двигателей, работающ в тяжелом или повторно-кратковременном режиме, номинальный ток теплового или комбинированного расцепителя