Выключателей

• Название: Выключателей
• Дата: 01.04.2021
• Размер: 435.03 Kb.
• Имя файла: laba_04.docx
• Тип: Исследование; #190228
• страница: 1 из 4

4. ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТОВ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ: ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ И АВТОМАТИЧЕСКИХ

ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

1. Цель работы

Изучение конструкций и принципа действия предохранителей и авто- матических выключателей. Исследование защитных свойств самовосста- навливающихся предохранителей и автоматического выключателя с ком- бинированным расцепителем.

2. Предмет изучения

Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих цепей под действием тока, пре- вышающего определенное значение.

В большей части конструкций цепь отключается путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается током защищаемой цепи. После сра- батывания предохранителя необходимо или заменить перегоревшую вставку на новую, или заменить весь предохранитель. Предохранители с плавкими вставками имеют следующие преимущества: простота конструк- ции, малые габариты, высокая отключающая способность, низкая цена.

Предохранители с плавкой вставкой изготавливаются на токи от не- скольких миллиампер до нескольких тысяч ампер.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

1. 
   времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;
   
2. 
   время срабатывания предохранителя при КЗ должно быть минималь- но возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением;
   
3. 
   при КЗ в защищаемой цепи предохранители должны обеспечивать селективность защиты;
   
4. 
   характеристики предохранителя должны быть стабильными, а техно- логический разброс их параметров не должен нарушать надежность защи- ты;
   
5. 
   в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
   

Несмотря на разнообразие конструкций предохранителей, все они име- ют следующие основные части (рис. 4.1): корпус (2) из электроизоляцион- ного материала, плавкую вставку (1), клеммы (3) для подключения к за- щищаемой цепи. Примеры конструктивного исполнения предохранителей показаны на рис. 4.2.

Рис. 4.1. Конструкция предохранителя ПР–2




Рис. 4.2. Предохранители типа ПР–2

Для изготовления плавких вставок применяют медь, серебро, цинк, свинец. Плавкая вставка выполняется либо в виде тонкого проводника круглого сечения либо в виде ленты. Для обеспечения токоограничиваю- щих свойств плавкая вставка имеет сужения (рис. 4.3). При номинальном токе избыточная теплота успевает распространиться к более широким ча- стям вставки, при протекании по вставке токов короткого замыкания цепи, тепло не успевает отводиться от суженных участков и вставка быстро пе- регорает в местах малых сечений. После перегорания вставки загорается дуга, нагревающая среду внутри предохранителя.








Рис. 4.3. Конструкции плавких вставок

Наличие нескольких разрывов электрической цепи (за счет нескольких сужений вставки) в сочетании с высоким давлением внутри корпуса предохранителя способствует быстрому гашению дуги, что дает эффект токоограничения — ток короткого замыкания не успевает увеличиться до установившегося значения I_k.уст (рис. 4.4). На рисунке обозначено: t₁ — время плавления вставки, за время t₂–t₁ происходит гашение дуги. Более совершенные предохранители, например, типа ПН–2 (рис.4.5) имеют фар- форовый или стеатитовый корпус, ленточные плавкие вставки. Плавкие вставки выполняют из медной ленты и разделяют на несколько параллель- ных ветвей для лучшего охлаждения. Использование меди, имеющей низ- кое удельное электрическое сопротивление, позволяет уменьшить сечение вставки, что облегчает дугогашение (поскольку дуга загорается в парах металла расплавившейся вставки, чем меньше этих паров в дуговом про- межутке, тем легче погасить дугу).

I_k ^Ik,уст

^Iоткл
t₁ t_{2 t}
Рис. 4.4. К пояснению эффекта токоограничения

Вставка имеет вырезы 1 (рис. 4.6), чем достигается эффект токоограни- чения за счет ускоренного перегорания вставки при протекании сверхто- ков. Внутренний объем предохранителя заполнен мелкозернистым кварце- вым песком. Это улучшает охлаждение вставки и продлевает срок службы предохранителя. При перегорании вставки дуга горит в узком канале, об- разованном наполнителем. Высокое давление в канале и интенсивный от- вод тепла его стенками обеспечивают быстрое гашение дуги. Для сниже- ния температуры плавления вставки и, следовательно, температуры всего предохранителя на медную ленту наносят оловянные полоски 2 (см. рис. 4.6). При нагреве олово расплавляется гораздо раньше, чем медь.


Рис. 4.5. Предохранители типа ПН–2





Рис. 4.6. Ленточная плавкая вставка 1  вырезы, 2  полоска олова

В месте соприкосновения олова с лентой начинается процесс растворе- ния меди и уменьшение сечения ленты (металлургический эффект). Это вызывает увеличение сопротивления ленты на этом участке и увеличение потерь в нем. Процесс заканчивается расплавлением медной ленты в месте расположения олова. При этом температура плавления вставки в несколько раз меньше, чем температура плавления меди, что позволяет получить лучшее согласование времятоковой характеристики предохранителя с ха- рактеристиками защищаемых объектов.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая ха- рактеристика, представляющая собой зависимость времени плавления плавкой вставки от протекающего по ней тока. Времятоковая характери- стика предохранителя должна быть согласована с характеристикой защи- щаемой цепи (рис. 4.7). Правильно подобранный предохранитель имеет времятоковую характеристику, пересекающую характеристику объекта при токе (1,5–2)I_ном. При этом цепь не отключается при токах близких к номинальному значению и отключается в случае значительных перегрузок.

t

(1,5-2)I_ном ^I
Рис. 4.7. Времятоковая характеристика предохранителя (1) и защищаемого объекта (2)

Обычно между источником электрической энергии и потребителем устанавливается несколько предохранителей, каждый из которых при сра- батывании должен отключать только поврежденный участок энергосисте- мы (рис. 4.8).




к потребителям

Рис. 4.8. К пояснению понятия «селективность защиты»

Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на больший ток, чем лю- бой из предохранителей FU2–FU4. При коротком замыкании у одного из потребителей должен сработать один из предохранителей FU2–FU4. Предохранитель, расположенный ближе к источнику(FU1), должен остать- ся в проводящем состоянии. Такая согласованность работы предохраните- лей называется селективностью защиты. Для обеспечения селективности полное время срабатывания каждого из предохранителей FU2–FU4 должно быть меньше времени нагрева предохранителя FU1 до температуры плав- ления его вставки. При выборе предохранителя по условиям селективности руководствуются следующим соотношением:

^𝑡ср. б ^{> 3𝑡}ср. м ^,

где t_{cp. б}, t_{ср. м} — времена срабатывания предохранителя на больший и меньший номинальные токи соответственно. Приведенное выражение учи- тывает производственный разброс по времени срабатывания предохрани- телей ±50%. Таким образом, селективность защиты обеспечивается пра- вильным согласованием времен срабатывания предохранителей различных уровней.