Методическое пособие 222

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы №15 ―Исследование характеристик автоматических выключателей―

по дисциплинам “Электрические и электронные аппараты”,

“Коммутационные устройства в электроснабжении”, “Коммутационные аппараты систем электроснабжения”

для студентов направлений 13.03.02, 35.03.06,35.04.06

очной формы обучения

Воронеж 2016

Составители: канд. техн. наук А. А. Гуляев, канд. техн. наук С. А. Горемыкин, канд. техн. наук Н. И. Королѐв, канд. техн. наук Н.В. Ситников ст. преп. П. П. Видулин

УДК 621. 3. (075.32) ББК31.264я 723 Э454

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам ―Электрические и электронные аппараты‖, ―Коммутационные устройства в электроснабжении‖, ―Коммутационные аппараты систем электроснабжения‖ для студентов направлений 13.03.02,35.03.06,35.04.06 очной формы обучения ФГОУ ВО ―Воронежский государственный технический университет‖; сост. А.А. Гуляев, С.А.Горемыкин, Н. И. Королѐв, Н.В. Ситников, П.П. Видулин, Воронеж, 2016.

Методические указания включают в себя исследование времятоковых характеристик автоматических выключателей (АВ); Проверку селективности работы АВ; исследование зависимости фактического дифференциального тока срабатывания устройства защитного отключения УЗО от величины тока в защищаемой сети; исследование УЗО при протекании через него аварийных токов короткого замыкания (КЗ);

Табл. 6. Библиогр. : 8 назв.

Рецензент канд. тех. наук, доц. В.А. Трубецкой

Ответственный за выпуск канд. тех. наук В.П.Шелякин

Издаѐтся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

©ФГБОУ ВО ―Воронежский государственный технический университет‖, 2016

1.Цель работы

1.1.Исследование время-токовых характеристик автоматических выключателей (АВ);

1.2.Проверка селективности работы АВ;

1.3.Исследование зависимости фактического дифференциального тока срабатывания устройства защитного отключения УЗО от величины тока в защищаемой сети;

1.4.Исследование УЗО при протекании через него аварийных токов короткого замыкания (КЗ);

1.5.Сравнение двух вариантов совмещения обеспечения электробезопасности и защиты от токов КЗ: в первом варианте УЗО включается последовательно с АВ, а во втором используется автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ).

2.Теоретические пояснения

Современные способы управления и защиты электрических сетей низкого напряжения базируются преимущественно на коммутационных аппаратах модульного исполнения. Данная лабораторная работа посвящена исследованию время-токовых характеристик (ВТХ) и способности обеспечения полной селективности АВ при аварийных режимах, связанных с протеканием токов КЗ, исследованию характеристик УЗО и АВДТ через оценку фактического дифференциального тока их срабатывания.

Рассмотрим принцип работы, составные элементы каждого из исследуемых коммутационных аппаратов.

2.1. Автоматические выключатели (АВ)

АВ предназначены для нечастых включений и отключений электрической цепи при нормальной нагрузке, а также для

автоматического отключения цепи при возникновении перегрузки, короткого замыкания, таким образом, АВ выполняют одновременно функции защиты и управления.

Для выполнения своих защитных функций АВ снабжаются специальными устройствами – расцепителями (чувствительный орган), воздействующими в аварийных режимах на механизм свободного расцепления. В зависимости от параметра аварийного режима, на который реагируют расцепители, они подразделяются на следующие основные типы:

• тепловые расцепители, срабатывающие с выдержкой времени обратно пропорциональной квадрату тока, которые применяются для

защиты в зоне токов перегрузок;

Рис. 1. Время-токовая характеристика выключателя с тепловым расцепителем.

• расцепители максимального тока (электромагнитные расцепители), срабатывающие при увеличении тока в главной цепи аппарата выше определенного уровня - уставки мгновенного срабатывания 1т (по ГОСТ Р 50345-99 t <0,1 сек),по существу, эти расцепители предназначены для защиты от последствий токов КЗ.

Рис. 2. Пример время-токовой характеристики выключателя оснащенного комбинированным расцепителем.

На рис. 3 представлена схема обозначения автоматического выключателя с комбинированными расцепителями.

Рис. 3. Схема автоматического выключателя с комбинированным расцепителем

Основные конструктивные узлы автоматического выключателя представлены на рис. 4.

Рычаг выключателя (1) — служит для ручного включения или выключения. Клеммы расположенные в нижней и верхней части автоматического выключателя (2) служат для подключения кабеля. На задней части «автомата» расположена защелка (9) для установки автомата на DIN-рейку. Такими защелками оснащено большинство автоматических

Рис. 4. Устройство автоматического выключателя модульного исполнения

выключателей на небольшие токи (до 125 А). Коммутацию цепи выполняют два контакта - подвижный (3) и неподвижный (4). Подвижный контакт для быстрого расцепления оснащен пружиной. Магнитный расцепителъ представлен соленоидом (7), подвижный сердечник которого способен приводить в движение механизм расцепителя. Когда через соленоид протекает электрический ток выше номинального, электромагнитный поток, действуя на сердечник выталкивает его. Последний, в свою очередь,

действует на подвижный контакт и размыкает цепь протекания тока. Тепловой расцепителъ представлен биметаллической пластиной (5), через которую протекает электрический ток, за счет которого она нагревается. Если через пластинку протекает ток выше номинального, она начинает изгибаться, чем приводит в действие механизм расцепителя. Ток срабатывания теплового расцепителя настраивается в процессе производства регулировочным винтом (6). После остывания, пластина приходит в исходное положение и автоматический выключатель снова готов к использованию. Во время размыкания контактов может возникнуть электрическая дуга, для гашения которой в АВ установлена дугогасителъная решетка (8).

Основные характеристики автоматического выключателя указываются на его корпусе, где также наносится торговая марка или бренд производителя и каталожный либо серийный номер. Величина номинального тока автомата указывается на его корпусе в амперах и соответствует температуре окружающей среды +30°С. С увеличением температуры, значение номинального тока снижается. При превышении протекающим током этой величины, автомат срабатывает и размыкает защищаемую цепь.

Также автоматы в электрощитах обычно устанавливаются по несколько штук в ряд вплотную друг к другу, это приводит к увеличению температуры (автоматы "подогревают" друг друга) и снижению величины коммутируемого ими тока.

Ряд значений номинального тока автоматических выключателей стандартизован и составляет: 6, 10, 16, 20, 25,

32, 40, 50, 63, 80, 100 А.

Основными параметрами автоматических выключателей

являются:

1) Номинальное рабочее напряжение, (номинальное напряжение)

- действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность выключателя, особенно в момент короткого замыкания. Для одного выключателя может быть установлено несколько значений номинального напряжения, каждое из которых соответствует своему значению номинальной отключающей способности;

2) Номинальное напряжение изоляции- значение напряжения, по которому определяется испытательное напряжение при испытании изоляционных свойств и расстояний утечки. При отсутствии указания значения номинального напряжения изоляции значение этого напряжения соответствует наибольшему значению номинального напряжения автоматического выключателя.

3)Включающая и отключающая способность - переменная составляющая ожидаемого тока, выраженная его действующим значением, которую выключатель может включать, проводить в течение времени отключения и отключать при указанных условиях.

4)Кратковременно допустимый ток - ток, который аппарат может проводить без повреждений в условиях испытаний, оговоренных в стандарте на соответствующий аппарат;

5)Число полюсов;

6)Тип характеристики мгновенного расцепления - В, С, D и др.

Время-токовая характеристика АВ является очень важной

характеристикой, которая описывает то, насколько время срабатывания зависит от отношения силы тока, протекающего через автомат, к номинальному току автомата. Ее принято выражать в виде графиков. Автоматические выключатели с одним и тем же номиналом при разных превышениях тока, будут поразному отключатся в зависимости от типа собственной ВТХ,

благодаря чему имеется возможность применять автоматы с разной характеристикой для разных типов нагрузки. Тем самым, с одной стороны, осуществляется защитная токовая функция, а с другой стороны, обеспечивается минимальное количество ложных срабатываний - в этом и заключается важность данной характеристики.

Таким образом, зависимость времени срабатывания автомата от силы тока, протекающего через автомат, как раз и определяется времятоковой характеристикой автоматического выключателя.

Каждому типу характеристики соответствует своя кривая отключения рис. 5.

время отключения

кратность перегрузки

Рис. 5. Время-токовые характеристики АВ различных типов мгновенного расцепления На рис. 5 изображены следующие кривые:

-Кривая В. Уставка мгновенного срабатывания: ( 3 - 5 ) 1п; защита активных нагрузок и протяженных линий освещения;

-Кривая С. Уставка мгновенного срабатывания: (5 - 10) 1п; защита цепей с активной или частично индуктивной нагрузкой;

-Кривая D. Уставка мгновенного срабатывания: (10 - 20) 1п; защита цепей с сильными индуктивными нагрузками и повышенном токе включения.

Стоит отметить тип мгновенного расцепления не влияет на обратнозависимый от тока участок ТВХ.

По оси ординат график разделен двумя линиями, которые определяют разброс времени срабатывания теплового расцепителя. Нижняя линия — это горячее состояние, так называемая горячая время-токовая характеристика (ГВТХ), а верхняя линия — это холодное состояние, холодная времятоковая характеристика (ХВТХ).

Существенным обстоятельством является не только и не столько температура окружающей среды, сколько прогрев биметаллической пластины рабочим током. Дело в том, что вследствие температурной инерции при снятии "холодной" ВТХ биметалл не имеет предыстории прогрева, что и приводит к размягчению участка обратно зависимого от тока для "холодной" ВТХ выше аналогичного участка для "горячей" ВТХ.

При одной и той же нагрузке в жарких и в холодных помещениях один и тот же АВ будет срабатывать при разных значениях тока. Это колебания не значительные, но этот вопрос становится актуальным, когда АВ сильно нагружен и работает на пределе своего номинала. Стоит повыситься окружающей температуре, как он может отключить нагрузку.