 |
Автоматические воздушные выключатели
|
|
|
|
Предохранители с плавкой вставкой хорошо защищают электродвигатели и прочие промышленные электроустановки от токов короткого замыкания и недостаточно надежно от длительных перегрузок. Поэтому в цепях электротехнических установок большой мощности кроме предохранителей с плавкой вставкой устанавливается автоматическая защита.
Простейшими устройствами для автоматической защиты от повреждений при нарушении номинального рабочего режима в установках с рабочим напряжением до 1 кВ являются автоматические воздушные (не масляные и не со сжатым воздухом) выключатели, часто называемые просто "автоматами". Эти аппараты могут защищать установку не только при перегрузке. Они производят отключение цепей автоматически при нарушении нормальных рабочих условий, причем в зависимости от типа автоматического выключателя это отключение производится, если определенная электрическая величина переходит установленное предельное значение (максимальные и минимальные выключатели) или если изменяется направление передачи энергии (выключатели обратной мощности). Кроме того, существует большое число автоматических выключателей специального назначения.
В зависимости от назначения выключателя в него могут быть встроены различные расцепители, электромагнитные, тепловые и комбинированные. Электромагнитный расцепитель действует практически мгновенно, и поэтому необходимость в предохранителях с плавкой вставкой отпадает.
Наиболее распространенным автоматическим воздушным выключателем является выключатель максимального тока (рисунок 6.5, а). Если ток в защищаемой цепи достигает предельного значения, катушка К втягивает стальной сердечник С и защелка 3 освобождает пружину П, последняя разрывает контакты А цепи.
|
|
|
Автоматические выключатели максимального тока применяются и в осветительных сетях жилых помещений вместо предохранителей с плавкой вставкой. Обратное включение выключателя производится вручную. Точность настройки выключателя на определенный предельный ток несравненно выше, чем при защите предохранителями с плавкими вставками, и в этом заключается одно из важнейших его преимуществ.
Чтобы избежать отключения установки при кратковременном увеличении тока, не опасном для установки (например, пускового тока двигателя), выключатели иногда имеют устройство выдержки времени (приспособление, которое обеспечивает определенный промежуток времени между воздействием тока на выключатель и моментом отключения цепи). На рисунке 6.5, б показана принципиальная конструкция подобного устройства: зубчатая система В не позволяет катушке К мгновенно втянуть сердечник С и освободить защелку 3, так как сначала колесико В должно повернуться на определенный угол; тем самым создается определенная выдержка времени, которую можно регулировать. Если увеличение тока закончится прежде, чем механизм выдержки времени дает возможность освободиться защелке, то сердечник вернется в исходное положение и отключения не произойдет. Кроме часового механизма для выдержки времени в автоматических выключателях с электромагнитным расцепителем применяются также масляный или воздушный тормоз.
Автоматический выключатель минимального тока применяется, если цепь должна быть отключена, при уменьшении тока в ней или в одной из ее ветвей, ниже предельного значения. Принцип действия такого выключателя можно пояснить с помощью рисунка 6.5, в. Катушка К удерживает сердечник С и защелку 3 до тех пор, пока ток в катушке не понизится до определенного значения, после чего сердечник под действием силы тяжести опускается и защелка освобождает пружину, которая размыкает контакты А и отключает установку.
|
|
|
Автоматический выключатель пониженного напряжения (рисунок 6.5, г) по принципу действия сходен с выключателем минимального тока. Он применяется, например, для защиты асинхронных двигателей, снабженных пусковым реостатом.
Рисунок 6.5
Выключатель отключает двигатель при понижении напряжения на его выводах. При отсутствии такого выключателя понижение напряжения или его исчезновение вызывает остановку двигателя. Затем, при обратном повышении напряжения вследствие того, что пусковой реостат не введен, возникает большой пусковой ток, нежелательный для электрической сети и опасный для двигателя. Поэтому часто при отключении предусмотрено автоматическое включение пускового реостата.
Автоматический выключатель обратной мощности применяется, например, для защиты параллельно работающих генераторов от перехода одного из них в режим работы двигателем. Принцип действия такого выключателя поясняет рисунок 6.5, д. Катушка тока 
при нормальном направлении передачи энергии создает магнитное поле, противоположное полю катушки напряжения 
, так что катушки не могут втянуть сердечник С и освободить защелку 3. При изменении направления передачи энергии изменяется направление тока в катушке , поля катушек складываются и сердечник втягивается, что вызывает размыкание контактов и отключение генератора.
Реле и релейная защита
Реле - это аппарат, который при определенном воздействии на его воспринимающую часть той или иной физической величины (тока, напряжения, частоты, силы света, температуры, давления) срабатывает, и исполнительная часть которого производит в управляемых им цепях необходимые переключения, вызывающие соответствующие изменения тех или иных физических величин (тока, напряжения).
Бесперебойность работы электроэнергетических установок обеспечивается релейной защитой. Релейная защита сигнализирует о нарушении нормального режима работы; она же затем совместно с устройствами автоматики выполняет повторное включение элементов системы электроснабжения (трансформаторов, питающих линий), автоматически включает резервные источники электрической энергии и разгружает систему электроснабжения при недостатке мощности.
|
|
|
Работу реле определяет его характеристика управления, выражающая связь между управляющей и управляемой величинами, например между током 
и напряжением U (рисунок 6.6). При увеличении управляющей величины до определенного значения, называемого параметром срабатывания (в данном примере - током срабатывания ), управляемая величина не изменяется, то есть U = U x = const. Но если управляющая величина достигает значения
I СР, исполнительная часть реле производит скачкообразное изменение управляемой величины U (например, включает или выключает электрическую цепь) до значения U 2. При дальнейшем увеличении тока напряжение не изменяется. Не влияет на U и уменьшение управляющей величины, пока I больше определенного значения, называемого параметром возврата, в примере - током возврата вз. Когда управляющая величина достигнет значения I = I ВЗ, исполнительная часть реле уменьшит управляемую величину до исходного значения U 1.
Отношение 
= 
называется коэффициентом возврата реле. В зависимости от принципа действия и конструкции реле 
= 0,98 ¸ 0,3. Для надежности действия релейного устройства рабочее значение управляющей величины 
, то есть значение, при котором необходимо срабатывание реле, берется больше, чем 
. Отношение 
называется коэффициентом запаса. Обычно 
¸1.
Реле защиты электротехнических устройств в зависимости от характера изменения управляющей величины, вызывающего их срабатывание, в основном разделяются на максимальные, минимальные и дифференциальные реле.
I
Рисунок 6.6
Максимальное реле срабатывает, если электрическая величина (например, ток) увеличивается сверх определенного значения ( ср).
Минимальное реле срабатывает, когда электрическая величина (например, напряжение) уменьшается ниже определенного установленного значения.
Дифференциальное реле реагирует на разность двух механических моментов, создаваемых в нем действием двух сравниваемых однородных электрических величин.
|
|
|
Основные требования, предъявляемые к релейной защите, - это селективность (избирательность), быстрота действия, надежность и чувствительность.
Селективность действия защиты состоит в том, что поврежденный элемент установки отключается от источников электроэнергии ближайшими к установке выключателями, благодаря чему авария нарушает режим нормального электроснабжения минимального числа потребителей.
Быстрота действия защиты необходима для того, чтобы уменьшить размеры разрушений поврежденного участка тепловым действием тока, ослабить влияние понижения напряжения, вызванного аварией, на работу других потребителей электроэнергии, улучшить качество электрического освещения/ Чувствительность защиты необходима для реакции на самые незначительные повреждения в самом начале их возникновения. Чувствительность систем защиты является критерием их пригодности.
Надежность защиты - это безотказность срабатывания при аварии. Надежнее защита, в которой применено минимальное число реле, взаимодействующих возможно проще. Для обеспечения высокой надежности применяется резервная защита, отключающая поврежденные устройства в случае отказа основной защиты.
|
|
|
