Лабораторна робота №6 Дослідження апаратів захисту електроустановок

1.Мета роботи

Познайомитися з призначенням і принципом дії апаратів захисту електроустановок.

Експериментально визначити захисну характеристику запобіжника і автоматичного вимикача.

2. Методичні вказівки та пояснення до роботи

Плавкі запобіжники і автоматичні вимикачі відносяться до електричних апаратів захисту (АЗ) електричних мереж.

Апаратом захисту називається електричний апарат, що автоматично відключає електричну мережу в разі ненормальних (коротких замикань, перевантажень ) режимів роботи.

2.1.Запобіжники призначені для захисту електричних кіл від струмів коротких замикань та недопустимих перевантажень. Основними елементами запобіжника є плавка вставка і устрій для гасіння дуги. Завдяки тепловій дії струму при короткому замиканні (перевантаженні) плавка вставка розтоплюється і розмикає електричне коло. Після усунення причини короткого замикання (перевантаження) проводиться заміна плавкої вставки що перегоріла і встановлення нормального режиму роботи електричної установки.

Плавкі вставки виготовляють із міді, срібла, олова, свинцю, цинку, алюмінію та їх сплавів.

Найбільш поширені запобіжники з закритим патроном.

В якості устрою для гасіння дуги використовують фіброві трубки чи дрібнозернистий наповнювач.

При перегоранні плавкої вставки і появі дуги фіброва трубка обгоряє. Теплоємні гази, що виділилися при цьому деіонізують дугу і утворюють в патроні високий тиск (до 150 кПа), що сприяє 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- бовти;

6- цинкова плавка вставка

Рис.2.1. Будова запобіжника

Запобіжник володіє захисною характеристикою (рис.2.2). Вона являє собою залежність часу повного відключення _відк від струму короткого замикання чи перевантаження І плавкої вставки Ін.вст.

Рис.2.2. Захисна характеристика запобіжника

В повний час відключення входить час на нагрів вставки струмом І, її розтоплення, появу і гасіння дуги.

Характеристика на рис.2.2 є типовою, тобто відноситься не до одного запобіжника, а до серії подібних запобіжників на різні номінальні струми.

Основною умовою при виборі запобіжника є забезпечення проходження його захисної характеристики нижче характеристики обєкту, який захищається.

Номінальний струм плавкої вставки запобіжника повинний бути не менше розрахункового струму мережі

Ін.вст≥Ір. (2.1)

Струм вставки на розгалуження, де більше одного двигуна

Ін.вст=(Ір+Іп)/α, (2.2)

де Ір – розрахунковий струм розгалуження; Іп – пусковий струм найбільш потужного двигуна; α = 1.6-2 – для легких умов пуску, α = 2,5 – для важких умов пуску.

Плавкі вставки, що встановлені послідовно в мережі, повинні працювати селективно, тобто повинна перегоряти вставка, встановлена блище, до місця короткого замикання, а не навпаки. Для цього практично необхідно, щоб струм вставки, розташованої блище до місця короткого замикання, був на одну-дві ступені нижче по шкалі номінальних струмів вставок.

2.2.Автоматичні вимикачі (автомати) – апарати для відключення електричних кіл при ненормальних режимах роботи: коротких замиканнях перевантаженнях. Можуть також використовуватися для нечастих комутацій навантаження із струмом, наприклад для рідкого включення і відключення асинхронних двигунів.

Автомат складається із корпуса, рухомих та нерухомих контактів, дугогасильних камер, механізму управління, механізму вільного розчеплення та розцеплювача.

У багатьох автоматів контакти кожного полюса розташовані у дугогасильній камері, де дуга гаситься дроблінням 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 автомату при ненормальному режимі, є розцеплювач. Найбільш часто використовуються розцеплювачі максимального струму, які спрацьовують при струмі, що перевищує струм уставки. В залежності від типу розцеплювача автомати можуть бути з електромагнітним розцеплювачем (АМ); з тепловим розцеплювачем (АТ); з комбінованим розчеплювачем (АК), тобто з електромагнітним та тепловим.

Автомати з електромагнітним розчеплювачем максимального струму служать для миттєвого відключення при виниканні струмів короткого замикання. У включеному положенні АМ (рис. 2.3) утримує заскочка 4, яка зчеплена з важіллю 3 рукоятки 10. Пружина 7 забезпечує надійність цього зчеплення. 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.

Щоб виключити спрацювання автомата при пускових струмах, розчеплювач максимального струму установлюють на струми які перевищують це значення. Таким чином, АМ не захищає електрообладнання від перевантажень, що перевищують струм спрацьовування розцеплювача.

Рис.2.3. Автоматичний вимикач з електромагнітним розчеплювачем

Автомати з тепловим розчеплювачем забезпечують автоматичне відключення при тривалому перевантаженні з витримкою часу, що знаходиться в зворотній залежності від струму. Такі розчеплювачі (рис. 2.4) діють за допомогою біметалевого елемента 4, який являє собою дві механічно зв’язані пластини із металів з різним температурним коефіцієнтом розширення. тепло, яке виділяється нагрівальним елементом 3, який включений в коло головного елемента І_гл, впливає на біметалевий елемент 4. При перевантаженні кола головного струму обидві пластини біметалевого елемента подовжуються, але неоднаково. В наслідок цього біметалевий елемент вигинається до гори та виходить із зачеплення з заскочкою 2. Остання під дією пружини 5 повертається навколо вісі 1 за годинниковою стрілкою та за допомогою тяги 6 розриває контакти 7, розмикаючи коло оперативного струму І_оп. Часто в автоматах з тепловим розчеплювачем нагрівальний елемент відсутній, і струм протікає по біметалевому

елементу.

В автоматах з комбінованим розцеплювачем при відносно невеликих струмах перевантаження діє тепловий розцеплювач з витримкою часу. При струмах короткого замикання спрацьовує електромагнітний розцеплювач до того, як біметалева пластина встигне нагрітися та вигнутися.

Рис.2.4. Схема теплового розчеплювача максимального струму побічної дії

Установочні автомати використовуються при напругах до 660В на номінальні струми від 15 до 6300 А з відключенням струмів короткого замикання від 1 до 105 кА на протязі (0,02...0,7) хвилин в приміщеннях з нормальним навколишнім середовищем. Це автомати типів АП50, АК63, АЕ2000, А3700.

Для автоматичного вимикача номінальний струм розчеплювача повинний бути не менше розрахункового струму кола, тобто

Ін.роз≥Ір. (2.3)

Автоматичний вимикач не повинний виключати установку при нормальних перевантаженнях.

Струм уставки теплового розчеплювача, що регулюється повинний бути пропорційним розрахунковому струму (Ір)

Іср.тепл=1,2Ір. (2.4)

Струм уставки електромагнітного розчеплювача, що регулюється повинний пропорційним струму найбільшого короткочасного перевантаження (Іmax)

Іср.ел.маг=(1,25...1,5)Іmax. (2.5)

Селективність автоматів забезпечується, якщо номінальні струми розчеплювачів суміжних автоматів відрізняються один від одного на дві ступені по шкалі. Якщо ця вимога приводить до завищення перерізу проводів, то для неособливо відповідальних випадків допускається мати цю різницю в одну ступень.

2.3. Пожежна небезпека електричних апаратів зумовлена наявністю в них горючих матеріалів, які не ізольовані від кисню повітря та джерел запалювання.

Короткі замикання можуть виникати в місцях з’єднання електричних апаратів з електричною мережею чи навантаженням при порушенні ізоляції внаслідок її механічного пошкодження, старіння.

Перевантаження електричних апаратів виникає при надмірному навантаженні та невірному виборі за струмовим навантаженням, потужності, напрузі. Виражається у підгорянні контактів, надмірному нагріванні котушок.

Іскріння та електричні дуги при експлуатації електричних апаратів можуть виникнути: при пробої ізоляції; наявності поганих контактів в місцях з’єднання з мережею та навантаженням; при спрацьовуванні апаратів захисту від струмів короткого замикання чи перевантаженні.

Великі перехідні опори можуть виникати в місцях погано виконаних з’єднань електричних апаратів з мережею та навантаженням.

Вихрові струми виникають в сердечниках електричних апаратів при порушенні ізоляції між окремими листами. Тривала дія великих вихрових струмів викликає місцеве нагрівання сердечника та “пожежу сталі”, розповсюджуючи її на обмотки.

Нестандартні плавкі вставки (жучки) неприпустимо використовувати в плавких запобіжниках. Працівники пожежної охорони повинні негайно заборонити експлуатацію такого роду пристроїв.