Электроснабжение предприятий презентация

Плавкими предохранителями называют электрический аппарат, который при токе, большем заданной величины, размыкает электрическую цепь путем расплавления плавкой вставки, непосредственно нагретой током до расплавления.
Предохранители можно классифицировать по степени закрытия плавкой вставки на:
а) предохранители с открытой плавкой вставкой (применяются редко);
б) предохранители с полузакрытым патроном;
в) предохранители с закрытым патроном, в которых отсутствует выброс пламени дуги при перегорании плавкой вставки.

В современных предохранителях для плавких вставок обычно применяются медь, цинк, серебро.
Медь по сравнению с цинком имеет малое удельное сопротивление, что позволяет применять плавкие вставки небольшого сечения. Однако медь имеет весьма высокую температуру плавления (около 1083°С) и подвержена окислению.
Серебро, как и медь, имеет малое удельное сопротивление и, кроме того, не окисляется, что обусловливает высокую стабильность пограничных токов серебряных вставок. Температура плавления серебра - 961°С.
В предохранителях с медными или серебряными вставками при небольших токах перегрузки возможен значительный нагрев патрона предохранителя и его разрушение.

Одним из способов снижения температуры плавления вставки является применение металлургического эффекта, когда на медную или серебряную вставку напаивают шарики из металла с низкой температурой плавления (олово, свинец). При нагреве от тока перегрузки шарик плавится и растворяет в себе металл вставки, что приводит, в конечном счете, к изменению сечения вставки и ее расплавлению в этом месте.
Металлургический эффект способствует заметному снижению времени перегорания вставок при небольших токах перегрузки.
К достоинствам цинковых вставок следует отнести, помимо невысокой температуры плавления (419°С), неизменность их сечения при эксплуатации.

Основные параметры предохранителей
а) - номинальный ток патрона - максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допустимой температуры;
б) - номинальный ток вставки - длительный рабочий ток, при котором плавкая вставка не должна перегорать;
в) - предельный ток отключения предохранителя.

Полное время отключения цепи предохранителем слагается из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния в жидкое (плавление) и времени горения (гашения дуги):
Зависимость полного времени отключения цепи плавким предохранителем от тока называют времятоковой характеристикой, или защитной характеристикой.

Рис 1 Защитная характеристика:1 - характеристика предохранителя;2 - характеристика объекта.

Крутизна защитной характеристики предохранителя определяет быстродействие срабатывания предохранителя а, следовательно, надежность защиты.
Величина тока, при котором вставка предохранителя не перегорает в течение длительного времени, называют пограничным током.
Номинальный ток плавкой вставки должен быть меньше пограничного тока.
Для обычных предохранителей отключение 5-10 - кратного тока происходит примерно за время 0,5-0,1с, а 1,5-2 - кратного тока за 20-50с.
Для цепей, требующих большего быстродействия защиты, созданы специальные быстродействующие предохранители (серия ПНБ), которые отключают 5-10 - кратный ток за время не более 0,01с, а 1,5-2 - кратный ток - за 10с.

В некоторых случаях требуется, наоборот, повышенная инерционность срабатывания предохранителя, например для защиты асинхронных двигателей с прямым пуском. Для таких цепей имеются специальные инерционные предохранители с двумя различными плавкими вставками, что обусловливает двухступенчатый вид защитной характеристики с различной крутизной.
Каждый тип предохранителя изготовляют на определенный наибольший номинальный ток, а плавкие вставки к нему делают на несколько значений номинального тока. Так, например, предохранитель на номинальный ток 60А снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А.

Выбор предохранителя
а) по номинальному напряжению сети:
где - номинальное напряжение предохранителя.
Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети.
б) по длительному расчетному току линии:
где - номинальный ток вставки;

в) по условиям пуска асинхронных двигателей (с к.з. ротором)
= ,
где - коэффициент, зависящий от условий пуска (1,5...2,5)
г) если предохранитель стоит в линии, питающей сразу несколько двигателей с к.з. ротором:
где . - расчетный номинальный ток линии, равный

Для двигателей с фазным ротором, если
то ≥ (1...1,25)
д) проверка по условиям к.з.: *3...4, где - ток к.з. двигателя.
В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению:
где - наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов, сигнальными лампами и т.д. при одновременной работе;
- наибольший суммарный ток, потребляемый при включении катушек, одновременно включаемых аппаратов.

Для защиты низковольтных цепей выпускаются предохранители в основном двух типов:
ПР–2 – предохранитель трубчатый, изолирующий корпус круглого сечения из фибры на большие токи и из фарфора на малые токи, гашение дуги в закрытом объёме и за счёт газов, выделяемых фиброй. Плавкая вставка переменного сечения показана на рис. 5.3.

ПН–2 – предохранитель с мелкозернистым наполнителем (кварцевый песок), корпус квадратного сечения из фарфора, плавкая вставка может быть одно–, двух–, или трёхленточная (тонкая лента).
1 – тонкая медная лента, 2 – перфорированный участок, 3 – наплавленное олово в виде шарика

Преимуществами предохранителей является:
малая стоимость
высокая предельная отключающая способность при сравнительно малом номинальном токе.
Недостатки
– плавкие вставки с течением времени окисляются, и уменьшается их сечение и номинальный ток;
– предохранитель может сработать в одной фазе, что может явиться причиной перегрева включенных асинхронных электродвигателей;
– трудность защиты от перегрузки, так как вставка надежно плавится при токах, превышающих номинальный ток на 50 – 100 %.

Пример
Дано: Рн=25кВт; Кп=5; cos=0,83; среда-нормал. (защита от перегрузки не требуется КЗ=0,33)
а) Защита кабеля от перегрева нейтрали
б)
А
F=10мм2 Iдд=46 А

Упрощенный метод
Не должна перегорать при временном КЗ
Кз -учитывает ток изоляции, условия среды и требование защиты от перегрузки.
Выбираем плавкую вставку

Для обеспечения селективности плавкие вставки выбираются на различных ступенях схемы, отличающихся на 1-2 позиции.

Автоматические выключатели
Автоматы предназначены для редких включений и отключений, вручную или дистанционно, электрических нагрузок, а также автоматического отключения электрической сети или отдельного электроприёмника при аварийных режимах.
Различают несколько типов автоматов:
универсальные (работают на постоянном и переменном токе),
установочные (для установки в общедоступных помещениях),
быстродействующие постоянного тока и гашения магнитного поля мощных генераторов.

Основные элементы автоматического выключателя
Главные контакты
Главные контакты автоматов должны находиться под номинальным током, не перегреваясь, продолжительное время, и быть способными отключать большие токи короткого замыкания, не превышающие предельную коммутационную способность.

Дугогасительное устройство
Дугогасительное устройство должно обеспечивать гашение дуги в малом объёме при отключении номинальных и больших токов короткого замыкания.
Широкое распространение в автоматах переменного тока получили дугогасительные камеры типа «дугогасительная решётка», которая состоит из нескольких металлических пластин. С их помощью происходит разделение дуги на ряд последовательно соединенных коротких дуг, что улучшает охлаждение, снижает напряжение в столбе дуги и способствует гашению дуги.

Привод
Привод служит для включения и отключения автомата.
Отключение производится отключающими пружинами, которые при включении взводятся и запасают кинетическую энергию. При этом, чем больше автомат, тем большей запасённой энергией должны обладать взведённые пружины и, следовательно, значительнее необходимо усилие при включении.
Для больших автоматов применяется моторный привод, малые автоматы включаются вручную.

Механизм включения и свободного расцепления
Механизм включения и свободного расцепления предназначен для замыкания главных контактов, удержания их в замкнутом состоянии и обеспечения быстрого отключения при аварийных режимах в защищаемой цепи.
Механизм представляет собой систему шарнирно–связанных рычагов, соединяющих привод включения с подвижными контактами, которые соединены с отключающей пружиной.

расцепители и вспомогательные контакты
(блок–контакты).
Расцепитель – это элемент автомата, контролирующий определённый параметр (ток, напряжение) защищаемой цепи. При отклонении этого параметра от заданного значения, расцепитель воздействует на механизм свободного расцепления, отключая тем самым главные контакты.
расцепители бывают:
а) токовые максимальные мгновенного или замедленного действия;
6) напряжения - минимальное, для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня;
в) обратного тока - срабатывает при изменении направления тока;
г) тепловые - работают в зависимости от величины тока и времени его протекания (применяются обычно для защиты от перегрузок)
д) комбинированные - срабатывают при сочетании ряда факторов.

Вспомогательные контакты
предназначены для переключений в цепях управления в автоматах с дистанционным приводом, а также для включения сигнализации включенного и отключенного состояния автомата.
В автоматах на большие токи имеются блок–контакты.
Блок-контакты служат для производства переключения в цепях управления блокировки, сигнализации в зависимости от коммутационного положения автомата.
Блок-контакты выполняются нормально открытыми (замыкающие) и нормально закрытыми (размыкающие).
В автоматах на сравнительно небольшие токи для защиты от к.з. чаще всего применяется электромагнитный расцепитель, а для защиты от перегрузок тепловой расцепитель.

Номинальный ток, защищающего от перегрузки электромагнитного теплового или комбинированного расцепителя автоматов выбирается по длительному расчетному току линии ;
ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя Icр. определяется из соотношения:
где - максимальный кратковременный ток линии, который при ответвлении к одиночному электродвигателю равен его пусковому току. Коэффициент 1,25 учитывает неточность в определении максимального кратковременного тока линии и разброс характеристик расцепителей.

Требования к выбору выключателей
Номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже напряжения сети
Отключающая способность должна быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу
Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки
Для теплового
Для электромагнитного
Требование чувствительности - тепловой
электромагнитный

пример

Расчетные формулы для выбора аппаратов защиты в осветительных и силовых сетях