книги / Электрические аппараты. Общий курс

плавкой вставки под действием этих токов. Эксперимен­ тально установлено, что старение плавкой вставки не происходит, если через нее протекает в течение данного времени ток, равный половине плавящего тока. Соглас­ но защитной характеристике, представленной на рис 17-7, вставка предохранителя ПН-2 при времени 1 с плавится при токе, равном 5/н. Если пуск длится 1 с, то средний пусковой ток за этот период должен быть не более 0,5 от тока плавления вставки за это же время. Таким об­ разом, пусковой ток 1п связан с током вставки соотноше­ нием / п= 0,5 /Пл -=-:0,5 • 5/в и, следовательно,

/в = 0 ,4 /п,

т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому току.

Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медлен­

но разворачивается (привод центрифуги), или в повтор­ но-кратковременном режиме, когда пуски происходят с большой частотой, вставки выбирают с еще большим за­ пасом: / в= (0,5-т-0,6)/п. В случае, если предохранитель стоит на линии, питающей несколько двигателей, плав­ кую вставку рекомендуется выбирать по формуле

рядка 65°С при 0О==25°С).

С другой стороны, выбор плавкой вставки по пуско­ вому току ведет к тому, что при небольших перегрузках предохранитель практически не защищает цепь. Напри­ мер, при тяжелых условиях пуска номинальный ток вставки может равняться 3/н провода, так что при не­ большой перегрузке изоляция провода может нагреться до температуры воспламенения.

Здесь необходимо отметить еще одно важное обстоя­ тельство. При таком предохранителе длительность от­ ключения при кратности /к//н < 1 5 более 15 с. Вследст­ вие того, что однофазный ток короткого замыкания зна­ чительно меньше трехфазного, предохранитель будет отключать однофазные короткие замыкания на землю с

большой выдержкой времени. При этом создается опас­ ность поражения людей током. Поэтому установка плав­ ких вставок с большим запасом может допускаться толь­ ко в крайних случаях, когда воспламенение изоляции проводников не грозит пожаром (провода уложены в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).

При выборе плавкой вставки всегда необходимо

ный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохра­ нитель 2, установленный у потребителя. При коротком замыкании необходимо, чтобы повреждение отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику, должны остаться в работе и не иметь какоголибо старения, изменяющего характеристику предохра­ нителя. Такая согласованность работы предохранителя называется избирательностью или с е л е к т и в н о с т ь ю .

Для того чтобы обеспечить селективную работу пре­ дохранителей, полное время работы предохранителя 2 должно быть меньше времени нагрева предохранителя 1 до температуры плавления его вставки, т. е.

4лi 4 2*

Воспользовавшись (17-1) и (17-5), можно получить для предохранителей закрытого типа

(л 2 + Al ) 4 ; kAУк Ук

После простейших преобразований получим условие селективности для предохранителей этого типа

Для закрытых предохранителей с мелкозернистым на­ полнителем и медной вставкой селективность соблюда­ ется при условии, что <7i/<72> 1,55. Указанные соотноше­ ния, полученные в [Л. 17-1], справедливы и для случая токоограничивающих предохранителей, когда ток корот­ кого замыкания проходит только долю полупериода.

Необходимо отметить, что расчет, рассмотренный на* ми, носит приближенный характер, так как необходимо учитывать конкретные характеристики данной конструк­ ции предохранителей и отклонение реальных характе­ ристик от номинальных из-за производственных допус­ ков.

Для соблюдения условия селективности необходимо, чтобы наименьшее фактическое время срабатывания пре­ дохранителя 1 (на больший ток) было больше наиболь­ шего времени срабатывания предохранителя 2 (на мень­ ший номинальный ток):

Реальное время срабатывания предохранителя из-за производственных допусков может отклоняться от но­ минального на 50% в обе стороны [Л. 17-7]. Тогда вы­ шеприведенное неравенство можно записать в виде

где tnV. б — время срабатывания предохранителя на боль­ ший номинальный ток, соответствующее номинальной ха­ рактеристике; #Ср.м — время срабатывания предохрани­ теля на меньший номинальный ток, соответствующее номинальной характеристике. Множители 0,5 и 1,5 учи­ тывают, что характеристика предохранителя 1 взята с

т. e. для того, чтобы предохранители работали селектив­ но, необходимо, чтобы время срабатывания предохра­ нителя на больший ток было в 3 раза больше, чем у пре­ дохранителя на меньший ток.

Следует отметить, что неравенство (17-6) учитывает самый тяжелый случай, когда время работы предохрани­ теля на больший номинальный ток имеет наименьшее значение, а у предохранителя на меньший номинальный ток — наибольшее значение. Такое соотношение следует рекомендовать только для особо ответственных устано­ вок. На основании неравенства (17-6) составлена табл. 17-3 [Л. 17-7]. В верхней горизонтальной графе дано отношение тока короткого замыкания /к.3. к номи­

вставок можно ориентироваться на отклонение реальных характеристик предохранителей от номинальных ±25% [Л. 17-7].

17-6. Высоковольтные предохранители

а) Назначение высоковольтных предохранителей и требования,, предъявляемые к ним. Процесс нагрева плавкой вставки в высоковольтных предохранителях протекает точно так же, как и в предохранителях низко­ го напряжения.

Вотношении времени плавления к высоковольтным предохранителям предъявляется следующее общее тре­ бование: при перегрузке в 200% длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч, а при перегрузке 130% время плавления вставки превышает 1 ч.

Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от коротких замыканий (§ 24-1). Нормальный ток, текущий через предохранитель, не превышает доли ампера. При по­ вреждении трансформатора через предохранитель про­ ходит ток короткого замыкания сети. В предохранителях, предназначенных для работы с трансформатором напря­ жения, время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25—2,5 А.

Всвязи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги утяжеляется. Это на­ кладывает отпечаток на размеры и конструкцию высо­ ковольтных предохранителей. Наибольшее распростране­ ние получили предохранители с мелкозернистым напол­ нителем и стреляющего типа.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Согласно данным ВЭИ длина плавкой вставки (м) определяется по формуле

/ = 0,160 + 0,07£/н,

где Uн — номинальное напряжение предохранителя, кВ.

Для того чтобы обеспечить эффективное гашение дуги, плавкая вставка берется малого диаметра. Размещение длинной и тонкой спирали в корпусе небольшой длины связано с большими трудно­

армирован латунными колпаками 2, которые являются контактами предохранителя. Песок 7 в предохранитель засыпается через отвер­ стие в колпаке, которое после зарядки предохранителя закрывается крышкой 3, припаянной к колпачку. В предохранителе на небольшой ток (до 7,5 А) плавкая вставка 5 наматывается на керамический реб­ ристый каркас 4. Этот каркас позволяет увеличить длину плавкой вставки, увеличить эффект токоограничения и, следовательно, повы­ сить мощность отключения. Однако при перегрузках, меньших 3 /н, возможно образование канала из материала каркаса и расплавив­

шейся проволоки, по которому проходит ток. В результате наступает тепловое разрушение предохранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять только для защиты от коротких замы­

каний.

В предохранителях на токи, большие, чем 7,5 А, плавкая вставка наматывается в виде спирали (рис. 17-9,6). Параллельные спирали не должны касаться друг друга. Применение параллельных вставок

Поскольку указатель выбрасывается из предохранителя с силой, оп­ ределяемой пружиной, то этот указатель можно использовать для ав­ томатического отключения выключателя нагрузки после отключения короткого замыкания предохранителем (§ 19-11).

Указатель 9 может быть использован также в предохранителях с автоматическим повторным включением АПВ. В этом случае сраба­ тывание указателя в первом предохранителе ведет к включению па­ раллельно первому предохранителю второго с целой плавкой вставкой.

При коротком замыкании плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводится длинная дуга, горящая в узкой щели и име­ ющая высокое сопротивление, особенно в начальной стадии, когда пары металла недостаточно ионизированы. Все это приводит к воз­ никновению больших перенапряжений —до 4,5 Un.

Для ограничения перенапряжений применяются вставки перемен­ ного сечения. Вначале сгорает участок меньшего сечения, а затем большего. В результате длина дуги растет медленней [Л. 17-2].

Предохранители с мелкозернистым наполнителем работают с токоограничением, особенно при больших токах короткого замыкания. Хорошее охлаждение тонких плавких вставок позволяет взять ми­ нимальным потребное сечение и снизить ток плавления, а следова­ тельно, и ток ограничения. С ростом номинального тока эффект токоограничения падает. Мощность описанных предохранителей отключе­ ния достигает 200 МВ*А при напряжении до 10 кВ.

Для защиты трансформаторов напряжения применяются предо­ хранители серии ПКТ. Эти предохранители имеют внутри керамичес­ кий каркас для тонкой плавкой вставки. Так как номинальный ток таких вставок менее 1 А, то сечение вставок мало и токоограничи­ вающий эффект этих предохранителей особо велик. Они изготовля­ ются на напряжение до 35 кВ. Мощность короткого замыкания сети,

при напряжении 3 и 6 кВ могут работать в сети с бесконечной мощ­ ностью благодаря эффекту токоограничения. Предохранители серий ПК и ПКТ работают бесшумно, без выброса пламени и раскаленных’ газов.

Для нормальной работы предохранителей особо важное значение имеет герметизация. Если в предохранитель проникает влага, то он теряет способность гасить дугу. Поэтому при установке предохрани­ телей надо обращать внимание на герметичность. Места пайки и це­ ментирующей замазки, крепящей колпачки, должны быть хорошо окрашены специальной эмалью. Перезарядка предохранителя в усло­ виях эксплуатации практически исключена.

Развитие предохранителей на напряжение выше 35 кВ упирается в сложность их изготовления и большие габариты.

Как правило, установки с напряжением 35 кВ и выше работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферы. В этих условиях трудно обеспечить надежную работу предохранителя ПК из-за увлажнения наполнителя. Характеристики кварцевых предо­ хранителей высокого напряжения приведены в [Л. 3-2].

в) Стреляющие предохранители (ПСН). При напряжениях выше 35 кВ для открытых установок наибольшее применение получили стреляющие предохранители. Основной частью предохранителя, изо­ браженного на рис. 17-10, является газогенерирующая трубка 1. Внутри трубки расположен гибкий проводник 2, который с одной стороны соединяется с плавкой вставкой 3, с другой — с контактным наконечником 4, на который действует рычаг, вращаемый пружиной (на рисунке не показан).

Вторым своим концом плавкая вставка присоединена к металли­ ческому колпаку — контакту 5. Плавкая вставка состоит из двух па­ раллельных проволочек: стальной 3 и медной 6. Стальная восприни­ мает силу пружины, которая стремится вытащить гибкий проводник из трубки. Основная часть тока проходит по медной проволоке, име­ ющей меньшее активное сопротивление.

При нормальном режиме рычаг действует на наконечник 4 и дер­ жит стальную вставку в натянутом состоянии. В случае короткого замыкания сгорает сначала медная вставка, а потом стальная. Под действием пружины гибкий проводник выбрасывается из дугогася­ щей трубки.

Дуга, образующаяся после плавления вставки, затягивается в канал трубки из газогенерирующего материала (фибра, винипласт). Под действием дуги стенки камеры интенсивно выделяют газ и внут­ ри трубки быстро поднимается давление, благодаря чему ускоряется

Рис. 17-10. Стреляющий предохранитель ПСН.

процесс выбрасывания гибкого проводника из канала. Возникающее продольное газовое дутье обеспечивает быстрое гашение дуги. Дли­ тельность горения падает с величиной тока. При больших токах дуга гаснет за 0,04 с. При малых токах (800—1000 А) время горения воз­

растает до 0,3 с.

Процесс отключения сопровождается сильным выбросом пламе­ ни, газов и мощным звуковым эффектом —выстрелом. В связи с этим стреляющие предохранители рекомендуется применять в откры­ тых установках, где удаление предохранителей соседних фаз не вы­ зывает больших трудностей. Предохранители типа ПСН строятся на напряжения 10 и 35 кВ. Наибольший ток отключения 15 кА.

В процессе гашения дуга сначала имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопротивления дугового промежут­ ка и снимает вопрос перенапряжений.

Плавкая вставка при прохождении длительного тока нагревается до высокой температуры. Для того чтобы исключить разложение и газообразование, она располагается в полости металлического кол­ пака 5 (рис. 17-10) вне генерирующей трубки 1.

Если предохранитель типа ПСН устанавливается для защиты трансформатора напряжения, то последовательно в цепь включается высокое ограничивающее сопротивление. Поскольку первичный ток трансформатора напряжения мал, то падение напряжения на этом сопротивлении ничтожно по сравнению с напряжением сети. При повреждении трансформатора ток ограничивается активным сопро­ тивлением. Угол сдвига фаз между током и напряжением сети близок к нулю, что облегчает работу предохранителя.

г) Выбор предохранителей. При определении номи­ нального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высшего напряжения силового трансформатора присоединяется через предохранитель.

При подаче напряжения на трансформатор возникают пики намагничивающего тока, средняя величина кото­ рых достигает 10 /н, а длительность прохождения равна примерно 0,1 с. Выбранный по номинальному току пре­ дохранитель должен быть проверен на прохождение на­ чального намагничивающего тока при времени 0,1 с.

Примечание. Для трансформаторов, номинальный ток которых от­ личается от приведенных в таблице, следует выбирать ближайшую большую плавкую вставку предохранителя.

В заключение необходимо проверить селективность работы предохранителя с выключателями, установлен­ ными на стороне высокого и низкого напряжения.

При коротком замыкании в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени на выключателе, установленном на стороне высокого напряжения, ближайшем к предо­ хранителю. При коротком замыкании на стороне низкого напряжения предохранитель должен иметь время плав­ ления большее, чем уставка на защитах выключателей на

Г л ав а в о с е м н ад ц а та я

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШ НЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ (АВТОМАТЫ)

18-1. Общие сведения

А в т о м а т с л у ж и т д л я о т к л ю ч е н и я э л е к ­

ниях, чрезмерном понижении напряжения питания, изменении направления мощности и т. п. Автоматом можно также пользоваться для редких включений и от­ ключений номинальных токов нагрузки.

Кавтоматам предъявляются следующие требования.

1.Токоведущая цепь автомата должна пропускать но­ минальный ток в течение сколь угодно длительного вре« мени. Режим продолжительного включения для автомата является нормальным. С другой стороны, токоведущая система автомата подвергается воздействию больших токов короткого замыкания как при замкнутом положе­ нии контактов, так и при включении на существующее короткое замыкание.

2. Автомат должен обеспечивать многократное отклю­ чение предельных токов короткого замыкания, которые могут достигать десятков и даже сотен килоампер. Пос­ ле отключения этих токов автомат должен быть приго­

ской стойкости энергоустановок, уменьшения разруше­ ний, вызываемых токами короткого замыкания, автома­ ты должны иметь малое время отключения. С целью уменьшения габаритов распределительного устройства и повышения безопасности обслуживания необходимо сокращение зоны выхлопа нагретых и ионизированных газов в процессе гашения дуги.

Принципиальная схема автомата на ток более 200А приведена на рис. 18-1. Токоведущая цепь имеет основ­ ные (3) и дугогасительиые (/) контакты. Включение ав­ томата может производиться вручную (рукояткой 12) или электромагнитом 4. Звенья 5, 7 и упор 13 являются механизмом свободного расцепления (§ 18-3). Отключе­ ние автомата может производиться вручную (12) или от расцепителей 5, 8, 10, 11 (см. § 18-4). Скорость расхож­ дения контактов обеспечивается пружиной 9. Гашение