Практична робота № 1. Вивчення апаратури управління та захисту електроустановок від струмів КЗ та перевантаження
Мета роботи:
1. Познайомитися з призначенням і принципом дії апаратів захисту електроустановок.
2. Вивчити будову, принцип дії, захисну характеристику запобіжника і автоматичного вимикача.
Методичні вказівки та пояснення до роботи
1. Апаратом захисту називається електричний апарат, що автоматично відключає електричну мережу, машини і установки від аварійних режимів роботи (коротких замикань, перевантажень) що загрожують збереженню установки і безпеці персоналу.
Плавкі запобіжники і автоматичні вимикачі відносяться до електричних апаратів захисту електричних мереж від струмів короткого замикання. Проте при не правильному монтажі і експлуатації вони самі можуть бути причиною аварії, пожежі або вибуху, оскільки під час їхньої роботи виникають іскріння, електричні дуги.
Улаштування і принцип роботи плавких запобіжників
Плавким запобіжником називається пристрій, який при струмі, що перевищує допустиме значення, розплавляє плавку вставку і розмикає електричне коло.
Запобіжники призначені для захисту електричних мереж від струмів коротких замикань та недопустимих перевантажень. Основними елементами запобіжника є корпус, плавкий елемент (вставка) і устрій для гасіння дуги. Завдяки тепловій дії струму при короткому замиканні (перевантаженні) плавка вставка розплавляється і розмикає електричне коло.
Плавкі елементи виготовляють із міді, срібла, олова, свинцю, цинку, алюмінію та їх сплавів і знаходяться всередині патрона, покритого ізоляційною оболонкою, армованого деталями для кріплення вставки і підведення до неї струму.
По конструкції плавких вставок запобіжники бувають розбірної конструкції і нерозбірні. Розбірні допускають заміну плавких елементів після спрацьовування на місці експлуатації без спеціального інструменту. У нерозбірних конструкціях заміні підлягає весь запобіжник. Найбільше поширені запобіжники з закритим патроном.
Розрізняють запобіжники з наповнювачем, у яких використовуються фарфорові корпуса із дрібнозернистим наповнювачем і дуга гаситься в порошковій, зернистій або волоконній речовині (тальк, кварцовий пісок і т. д.), і без наповнювача, у яких корпус виготовляється із фібрової трубки і гасіння дуги відбувається завдяки високому тиску газів в патроні або руху газів.
Після усунення причини короткого замикання (перевантаження) проводиться заміна повністю запобіжника або в окремих конструкціях - плавкої вставки, що перегоріла і встановлення нормального режиму роботи електричної установки.
Принцип дії запобіжників, в яких корпус виготовлений із фібрової трубки наступний: при перегоранні плавкої вставки і появі дуги фіброва трубка обгоряє. Теплоємні гази, що виділилися при цьому, утворюють в патроні високий тиск (до 150 кПа), деіонізують електричну дугу і сприяють швидкому гасінню дуги. Такий спосіб гасіння дуги використовується у запобіжників серії ПР-2 (рис. 2.1).
1- фіброва трубка;
2- латунна втулка;
3- латунний ковпак;
4- контактні ножі;
5- гвинти кріплення;
6- цинкова плавка вставка;
Рис.1. Будова плавкого запобіжника.
Вставка також може бути розірвана електродинамічними силами і до початку плавлення при великих значеннях струмів. Плавкі запобіжники характеризуються наступними параметрами.
Номінальна напруга Uн.зап. — напруга, вказана на запобіжнику і відповідає найбільшій номінальній напрузі мереж, в яких дозволяється установка даного запобіжника
Номінальний струм запобіжника Ін.зап. — струм, який вказаний на запобіжнику і рівний найбільшому з номінальних струмів плавких вставок, призначених для даного запобіжника. На цей струм розраховані і всі струмопровідні контактні частини запобіжника.
Номінальний струм плавкої вставки ІН.ВСТ — струм, вказаний на вставці, для якого вона призначена, при тривалій роботі. Номінальний струм запобіжника завжди повинен бути більшим або рівний номінальному струму плавкої вставки, тобто: Ін.зап. ≥ ІН.ВСТ.
Максимальний (пограничний) струм плавкої вставки І ∞ — струм, при якому вставка розплавиться через проміжок часу, достатній для досягнення нею сталої температури. Цей час звичайно рівний 1—2 г. Струм І ∞ значно більший ІН.ВСТ.
Параметри запобіжника характеризуються захисною характеристикою (рис.1.). Вона являє собою залежність часу повного відключення τвідк від струму короткого замикання чи перевантаження І плавкої вставки Ін.вст.
Рис. 2. Захисна характеристика запобіжника
В повний час відключення входить час на нагрів вставки струмом І, її розтоплення, появу і гасіння дуги.
Характеристика на рис. 2. є типовою, тобто відноситься не до одного запобіжника, а до серії подібних запобіжників на різні номінальні струми.
Основною умовою при виборі запобіжника с забезпечення проходження його захисної характеристики нижче характеристики об'єкту, який захищається.
Номінальний струм плавкої вставки запобіжника повинний бути не менше розрахункового струму мережі Ір:
Ін.вст > Ір (7.1.)
Плавкі вставки, що встановлені послідовно в мережі, повинні працювати селективно, тобто повинна перегоряти вставка, встановлена не далеко до місця короткого замикання, а не навпаки.
Для цього практично необхідно, щоб струм вставки, яка розташована поблизу до місця короткого замикання, був на одну-дві ступені нижче по шкалі номінальних струмів вставок.
2.Автоматичні вимикачі (автомати) - апарати для відключення електричних кіл при ненормальних режимах роботи: коротких замиканнях перевантаженнях. Можуть також використовуватися для не частих комутацій навантаження із струмом, наприклад для рідкого включення і відключення асинхронних двигунів.
Автоматичні вимикачі складаються із корпуса, рухомих та нерухомих контактів, дугогасильних камер, механізму управління, механізму вільного розчеплення та розчеплювача. У багатьох автоматів контакти кожного полюса розташовані у дугогасильній камері, де дуга гаситься дробленням та деіонізацією в її щілинах.
Механізм управління забезпечує замикання і розмикання контактів із постійною швидкістю. Він може являти собою важіль із рукояткою чи кнопку включення та відключення. Основним вузлом, що забезпечує автоматичне спрацьовування автоматичного вимикача при ненормальному режимі, є розчеплювач. Найбільш часто використовуються розчеплювачі максимального струму, які спрацьовують при струмі, що перевищує струм уставки. В залежності від типу розчеплювача автомати можуть бути з електромагнітним розцеплювачем (АМ); з тепловим рощеплювачем (АТ); з комбінованим розчеплювачем (АК), тобто з електромагнітним та тепловим.
Автомати з електромагнітним розчеплювачем максимального струму служать для миттєвого відключення при виникненні струмів короткого замикання.
У включенному положенні АМ (рис. 3.7.) утримує заскочка 4, яка зцеплена з важіллю З рукоятки 10. Пружина 7 забезпечує надійність цього сцеплення. При нормальному струмі якір 8 заскочки 4 намагається притягнутися до сердечника електромагніту 9, але цьому перешкоджає пружина 7. Коли струм в колі яке захищається перевищує уставлене значення, якір 8 притягується до сердечника 9, заскочка 4 повертається на вісі 5 та звільняє важіль 3. Після цього під дією відключаючої пружини 2 та власної ваги рухомого контакту 1 АМ відключається.
Контрольні питання
1. Призначення та види апаратів захисту.
2. Закон Джоуля-Ленца.
3. На яких принципах заснований вибір запобіжників?
4. На яких принципах заснований вибір автоматичних вимикачів?
Література.
1. Баракін О.Г., Квашніна О.В. Електротехніка та пожежна профілактика в електроустановках: Навчальний посібник. Черкаси: ЧПТБ, 2000, С.95-111.
2. Мильников М.Т. Общая злектротехника и пожарная профилактика в етектроустановках. М: Стройиздат, 1985, С. 174-186.
