 |
Аппараты температурной защиты.
|
|
|
|
Аппараты температурной защиты реагируют непосредственно на температуру защищаемого объекта, строятся на основе датчиков температуры (нелинейных полупроводниковых терморезисторах). Датчики температуры устанавливаются на лобовой части статорных обмоток двигателей, а также рядом с подшипниками. Температурную защиту электро-двигателей называют – встраиваемой термо-чувствительной защитой.
Полупроводниковые терморезисторы бывают с положительным и отрицательным температурными коэффициентами. С положительным коэффициентом называют – позисторами, а с отрицательным – термисторами.
Позисторы соединяются последовательно
Термисторы соединяются параллельно
Защита на основе позисторов является более современной, т.к. их характеристика круче, чем у термисторов (выше чувствительность защиты). В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя используются позисторы на температуру 105, 115, 130, 140, 160 
.
Не все типы двигателей выпускаются со встроенной температурной защитой, а ее монтаж достаточно сложен.
Позисторная защита требует наличия специального электронного блока, для настроек и регулировок. Характеристика позистора и термистора очень инерционна и зависит от температуры окружающей среды.
Аппараты токовой защиты.
Аппараты токовой защиты защищают потребителей от протекания ненормальных токов (неполнофазные режимы, к.з., снижение напряжения, изменение направления тока). К аппаратам токовой защиты относятся автоматические выключатели, минимальные реле тока и максимальные реле тока. Минимальные реле тока отключаются, если ток снизился меньше минимального значения, а максимальное, если ток повысился более максимального значения.
|
|
|
Автоматический выключатель – контактный коммутационный аппарат способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также отключать токи в аварийной состоянии цепи.
Автоматы предназначены для оперативных включений, а также для отключения поврежденного участка силовой цепи при возникновении в нем аварийных режимов. В конструкции автоматов имеется специальный чувствительный элемент, обнаруживающий аварийный режим и приводящий к срабатыванию. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов к.з. и сохранять работоспособность.
Типы автоматов в зависимости от защиты:
1) Максимальные автоматы по току;
2) Минимальные автоматы по току;
3) Минимальные автоматы по напряжению;
4) Автоматы обратного тока;
5) Максимальные автоматы, работающие по производной тока;
6) Поляризованный максимальные автоматы, которые отключают цепь при нарастании тока, только в прямом направлении;
7) Неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении.
Основные узлы автоматов: токоведущая цепь, дугогасительная система, привод автомата, механизм автомата, механизм свободного расцепления, расцепители.
8……………………..
9………………Контакторы и магнитные пускатели.
Контактор предназначен для коммутации цепей и приводится в действие, как правило, электромагнитом. Контакторы по роду тока делятся на контакторы постоянного и переменного тока.
Общие требования к контакторам:
1) высокая включающая и отключающая способности;
2) длительная работа при большой частоте отключений;
3) высокая коммутационная износостойкость (до 3млн циклов с учетом отключения пусковых токов двигателей);
4) высокая механическая износостойкость;
5) технологичность конструкции, небольшие масса и габариты;
|
|
|
6) высокая надежность в эксплуатации.
Для контакторов существует режим коммутаций, который возникает довольно редко (при к.з.), но характеризуется тяжелыми условиями.
Основные технические параметры контакторов: номинальный ток главных контакторов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение коммутируемой цепи, механическая и коммутационная износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения.
Износостойкость - способность контактора обеспечить работу при большом числе операций, делится на механическую и коммутационную.
Механическая износостойкость – определяется числом циклов включения и отключения без ремонта, замены его узлов (у современных контакторов 10-20 млн операций), ток в цепи при этом равен нулю.
Коммутационная износостойкость – определяется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена контактов (у современных контакторов 2-3млн операций).
Собственное время включения – состоит из времени нарастания потока в электромагнитном контакторе до значения трогания и времени движения якоря. Время нарастания магнитного потока больше, чем время движения. Для контакторов постоянного тока до 100А собственное время включения составляет 0,14с, а на ток 630А 0,37с.
Собственное время отключения - это время с момента обесточивания электромагнита до момента размыкания его контактов. Время схода потока много больше, чем время движения якоря. Временем с начала движения якоря до момента размыкания контактов можно пренебречь. Собственное время отключения определяется, главным образом, временем спада потока в контуре. Для контакторов с током до 100А собственное время отключения 0,07с, а на 630А 0,23с.
Номинальный ток контактора – это ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течении 8 часов без коммутации. Превышение температуры различных частей контактора не должно быть выше допустимого.
Номинальный ток контактора – допустимый ток через его замкнутые главные контакты в конкретных условиях применения. Так для асинхронной машины с короткозамкнутым ротором номинальный ток контактора выбирается из условия включения шестикратного пускового тока двигателя.
|
|
|
Номинальное напряжение – это наибольшее напряжение коммутируемой цепи для работы при котором предназначен контактор.
Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительное устройство, электромагнит и систему вспомогательных контактов.
Дугогасительное устройство обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройствами.
Типы контакторов постоянного тока: ДС-1 – для активной или малоиндуктивной нагрузки; ДС-2 – пуск электродвигателей постоянного тока с параллельными возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения; ДС-3- пуск двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и их отключение, при неподвижном или медленно вращающемся роторе; ДС-4- пуск двигателей с последовательным возбуждением и отключение, при неподвижном или медленно вращающемся роторе.
Контакторы постоянного и переменного тока имею различную конструкцию и, обычно, невзаимозаменяемы.
Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А.Число главных контактов от 1 до 5.
Для привода контактов широкое распространение получили электромагнитные с Ш-образным и П-образным сердечниками. Магнитопровод состоит из двух одинаковых частей, одна из которых закреплена неподвижно, а другая связана через рычаг с контактной системой. С целью устранения вибрации якоря на полюсах электромагнитной системы устанавливаются короткозамкнутые витки.
Электромагниты контактора переменного тока могут также питаться от сети постоянного тока, в этом случае на контакторах устанавливается индукционная катушка, которая работает с форсировочным сопротивлением.
Контакторы имеют относительно высокий коэффициент возврата (0,6-0,7), что дает возможность осуществить защиту двигателя от падения напряжения. При понижении напряжения до (0,6-0,7)Uн происходит отпадание якоря и отключение двигателя.
|
|
|
Магнитные пускатели.
Магнитный пускатель - контактор, предназначенный для запуска и отключения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Конструктивно отличается тем, что имеет тепловое реле.
Учитывая облегченные условия работы пускателя при отключении, используя двухкратный разрыв цепи, можно отказаться отприменения громостких дугогасительных устройств в виде решетки или камеры магнитного дутья. Широко применяются торцевые контакторы с металлокерамикой.
Для защиты двигателя от перегрузки в двух фазах устанавливаются тепловые реле, тепловые реле могут быть расположены в одном корпусе с контактором или монтироваться отдельно.
10…………………
11……………….Автоматические выключатели.
Автомат служит для отключения электрической цепи при ненормальных и аварийных режимах: перегрузках, к.з., провалах напряжения, при изменении направления мощности. Автомат также используют для редких включений и отключений номинальных токов нагрузки.
Виды автоматов:
1) Нормальные;
2) С выдержкой времени на отключение;
3) Токоограничивающие.
tоткл=t1+tг, t1 – время размыкания контактов, tг – время горения дуги.
tоткл=0,02…0,1 с.
, у быстродействующих автоматов.
Требования, предъявляемые к автоматам:
1) Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течении сколь угодно длительного времени. Режим продолжительного включения для автомата является нормальным. Токоведущая систем автомата должна выдерживать большие токи к.з., как при замкнутых контактах, так и при включении на к.з.;
2) Автомат должен обеспечивать многократное отключении предельных токов к.з., после их отключения автомат должен сохранять работоспособность;
3) Автомат должен иметь малое время отключения. Автомат должен обеспечивать гашение дуги в ограниченном объеме пространства. В процессе гашения дуги выделяются газы, если газовые дугогасительные устройства;
4) Элементы автомата должны обеспечивать необходимый ток и время срабатывания, селективность.
Автоматы содержат: узел главных контактов, систему дугогашения, привод, узел вспомогательных контактов, узел расцепителей, элементы схем управления.
Привод – механизм, передвигающий подвижные контакты (магнитный, пружинный).
Основные параметры автоматов:
1) Номинальный длительный ток;
2) Номинальное напряжение;
3) предельный ток отключения;
4) Собственное и полное время отключения.
Собственное время отключения – промежуток от момента наступления условий срабатывания до момента прекращения соприкосновений контактов.
|
|
|
После расхождения контактов между ними возникает дуга, она должна быть погашена за минимальное время с наименьшим перенапряжением. Собственное время отключения зависит от способа расцепления, конструкции контактов, массы подвижных частей и других факторов. Для нормальных или небыстродействующих автоматов ток за время отключения успевает достичь своего установившегося значения, такие автоматы не облегчают работу оборудования при к.з. Для быстродействующих автомат собственное время отключения не превышает 2-8мс. К моменту расхождения контактов, ток не успевает достичь установившегося значения, соответственно сам автомат отключает значительно меньший ток. Благодаря меньшему току отключения, облегчается работа самого автомата, уменьшаются термические и динамические нагрузки на оборудование. В современных автоматах применяются устройства реагирующие не на величину тока, а на скорость его нарастания.
Классификация автоматов по виду воздействующей величины:
1) Максимальные автоматы по току;
2) Минимальные автоматы по току;
3) Минимальные автоматы по напряжению;
4) Автоматы обратного тока;
5) Максимальные автоматы работающие по производной тока;
6) Поляризованные максимальные автоматы (отключают цепь при напряжении тока только в прямом направлении);
7) Неполяризованные максимальные автоматы (реагируют на возрастание тока в любом направлении).
На рисунке показана схема автомата на ток более 200А. Токоведущая цепь имеет основные контакты 3 и дугогасительные контакты 1. Автомат включается рукояткой 12 или электромагнитом 4. Механизм свободного расцепления собран из звеньев 6,7 и упора 13. Отключение автомата производится расцепителями 5, 9, 10 и 11. Скорость расхождения контактов обеспечивается пружиной 9. Дуга гасится в камере 2. Для построения селективной защиты автомат должен иметь регулировку тока и времени срабатывания. Обычные бытовые и общепромышленные автоматы имеют лишь максимальную токовую защиту, отрегулированную на заводе.
В автоматическом выключателе применяются следующие типы контактов: рычажные, врубные, мостиковые, роликовые, торцевые, розеточные.
Врубной Мостиковый
Контакты должны удовлетворять противоречивым требованиям: с одной стороны иметь малое контактное сопротивление (что обеспечивается благородными металлами), а с другой обладать термической стойкостью материалов к температуре дуги. Для удовлетворения противоречивым требованиям контактные системы делают многоступенчатыми из параллельно включенных основных и дугогасительных контактов. Назначение основных – пропускать ток, а дугогасительных – гасить дугу.
ДК – дугогасительный контакт, ОК – основной контакт.
При включении, вначале замыкают дугогасительные контакты, а затем основные. При отключении первыми размыкают основные, а затем дугогасительные. Такое решение позволяет делать дугогасительные контакты на меньшую мощность и не устанавливать на них дугогасительные устройства.
Для гашения дуги используются камеры с дугогасительными решетками и камеры с узкими щелями. Магнитное поле для гашения дуги в автоматах создается самими током дуги.
Автомат должен обеспечивать гашение дуги при всех возможных режимах работы сети. В автоматах применяются два исполнения дугогасительного устройства: полузакрытые и открытые.
В полузакрытых устройствах автомат закрывается кожухом с отверстиями для выхода горячих газов. Объем кожуха делается большим, чтобы избежать внутри избыточного давления. Зона выброса горячих и ионизированных газ составляет несколько сантиметров от выходных щелей, предельный ток отключения полузакрытых дугогасительных устройств не более 50кА, при токе 100кА и выше используют камеры открытого исполнения.
12……………….
13………………….Предохранители, ограничители перенапряжений и разрядники.
Плавкий предохранитель – это электрический аппарат, который в следствии расплавления одного или нескольких специально спроектированных элементов размыкает цепь в которую он включен, отключает ток, превышающий заданное значение в течении достаточно продолжительного времени.
ГОСТ Р 50339.0-2003 – по предохранителям.
Принцип действия основан на тепловом действии электрического тока на сменную плавкую вставку. Предохранители выпускаются на напряжение до 110 кВ.
Виды предохранителей:
1) С открытой плавкой вставкой в воздухе;
2) Закрытые или предохранители с наполнителем;
3) Жидко-металлические самовосстанавливающиеся;
4) Инерционные (способные выдерживать коротковременные перегрузки);
5) Безинерционные.
1- плавкая вставка, 2 – изолирующая трубка, 3 – выводные детали, 4 – колпочки, 5 – наполнитель.
В засыпных предохранителях вставка находится в закрытом патроне, заполненном кварцевым песком или мелом.
В газогенерирующих предохранителях для гашения дуги используются твердые специальные материалы: фибра, винепласт. Газогенерирующие предохранители выполняются с выхлопом и без выхлопа газа из патрона при срабатывании. Предохранители с выхлопом называют стреляющими.
В жидко-металлических или самовосстанавливающихся предохранителях используется жидкий металл (галлий или сплав галлий-индий-олово). При токе к.з. металл из жидкого состояния переходит в парообразное, возникающее при этом давление воздействует на мембрану и через специальный исток воздействует на расцепитель. После срабатывания пары металла вновь переходят в жидкое состояние и предохранитель готов к повторному срабатыванию.
Самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse. В этих предохранителях ничего не перегорает, в них используется специальные полимер с положительным температурным коэффициентам сопротивления. В аварийном режиме полимер нагревается и переходит в аморфное состояние, сопровождающееся увеличением сопротивления, после охлаждения сопротивление полимера вновь понижается. Такие предохранители используются для защиты электроники при напряжении не выше 60В.
Инерционные предохранители имеют 2 вставки разного значения. Выпускаются на токи от 5 до 50А.
Этапы срабатывания предохранителя:
1) Нагрев вставки током до tпл;
2) Плавление и испарение вставки;
3) Возникновение и гашение электрической дуги.
Материалы для изготовления плавких вставок: луженая и посеребренная медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.
Чтобы уменьшить время плавления вставки идут по двум направлениям:
1) Придают плавкой вставке специальную форму;
2) Использование металлургического эффекта.
Вставка перегорает в узком месте много раньше, чем ток к.з. успевает достичь установившегося значения.
Преимущества фигурных плавких вставок (по сравнению с плавкими вставками постоянного сечения):
1) Снижается уровень перенапряжений при срабатывании;
2) Проявляется токоограничивающий эффект;
3) Внутреннее пространство патрона меньше засоряется парами металла;
4) Уменьшаются тепловые потери.
Металлургический эффект заключается в том, что легкоплавкие металлы в расплавленном состоянии способны растворять тугоплавкие. К легкоплавким относятся олово, свинец; к тугоплавким медь, серебро.
Температура нагрева всей вставки при срабатывании оказывается намного ниже tпл тугоплавкого металла.
Характеристики предохранителей:
1) Номинальное напряжение предохранителя – максимальное напряжение электрической цепи, при котором обеспечивается надежное срабатывание предохранителей.
2) Номинальный ток предохранителя – это ток при длительном протекании которого не наблюдается перегрева предохранителя в целом.
3) Номинальный ток плавкой вставки – ток на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы в нормальном режиме.
Обычно в качестве номинального тока плавкой вставки выбирается максимальный рабочий ток с 3х-4х кратным запасом.
4) Номинальный ток отключения – наибольший ток к.з. данной цепи, при котором предохранитель разрывает цепь без каких-либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе после смены его плавкой вставки.
5) Время-токовая характеристика (защитная) – зависимость времени перегорания плавкой вставки предохранителя от значения тока, протекающего через вставку.
1 – обычный предохранитель, 2 – быстродействующий предохранитель.
6) Пограничный ток – ток при котором плавкая вставка в патроне сгорает за промежуток времени достаточный для достижения установившейся температуры.
,
- коэффициент теплоотдачи;
- площадь поверхности охлаждения;
- температура плавления вставки;
- температура окружающей среды;
- удельное электрическое сопротивление материала вставки;
- температурный коэффициент сопротивления.
Пограничный ток нужен для расчета сечения плавкой вставки. Время отключения предохранителя – это полное время срабатывания.
, где
t1 – время нагревания вставки до tпл;
t2 – время перехода металла из твердого состояния в жидкое;
t3 – время гашения дуги.
П1 – предохранитель должен иметь вставку большего сечения, чем предохранитель П2. Полное время работы П2 должно быть меньше времени работы П2. Соответственно предохранители П3 и П4 должны быть рассчитаны на меньший ток, чем предохранитель П2.
Недостатки предохранителей:
1) Одноразовость срабатывания;
2) Независимая работа предохранителей каждой фазы;
3) Сложность обеспечения цепи во всем диапазоне возможных токов;
4) Невозможность проверки токов срабатывания без перегорания плавкой вставки.
|
|
|
