Электрические и электронные аппараты распределительных устройств и подстанций горных предприятий. Учебное пособие

ние дуги с помощью поршня, жестко связанного с подвижным контактом, но без выброса элегаза в атмосферу.

Продукты распада, образующиеся при гашении дуги, поглощаются активированным алюминием.

Рис. 4.11. Способ гашения электрической дуги с помощью обдувания дуги нейтральными газами: а – продольное дутье; б – поперечное дутье; в – продольно-поперечное дутье

Деление длинной дуги на ряд последовательных коротких дуг.

Этот способ основан на использовании околоэлектродных падений напряжения при постоянном токе и начальной восстанавливающейся прочности дугового промежутка при переменном токе (рис. 4.13).

Дуга, возникающая между расходящимися контактами, под действием электродинамических сил перебрасывается на пластины, расположенные перпендикулярно к дуге. Изолированные друг от друга пластины образуют дугогасительную решетку, в которой длинная

51

дуга делится на ряд участков. Пластины дугогасительной решетки могут быть изготовлены из ферромагнитного (сталь) и немагнитного (медь) материала.

Рис. 4.12. Способ гашения электрической дуги в элегазе

Дугогасительная

решетка

Рис. 4.13. Способ гашения электрической дуги с помощью деления длинной дуги на ряд коротких дуг

52

Данный способ при постоянном токе ограничивается напряжением не более 220 В, при переменном токе – значительно более высоким напряжением.

Гашение дуги в вакууме. Вакуум по сравнению с газовыми средами имеет высокую электрическую прочность, быстро восстанавливая ее после погасания дуги. В связи с малым давлением создаются благоприятные условия для диффузии заряженных частиц из области горения дуги и отсутствуют условия для ударной и термической ионизации дугового промежутка (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Способ гашения электрической дуги с помощью вакуума (К1.1; К1.2 – дополнительные разрывные контакты)

Причинами дугового разряда в вакууме является термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия. Гашение дуги в основном производится за счет радиальной диффузии заряженных частиц и охлаждения дуги, вследствие испарения большого количества материала электродов и переноса его к стенкам камеры.

В вакуумных выключателях снижение возникающих перенапряжений достигается шунтированием контактов активными сопротивлениями или конденсаторами. Вакуумные выключатели имеют небольшие габариты, высокое быстродействие, небольшой ход подвижных контактов и достаточно большой срок службы без необходимости ревизии.

53

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

5.1.Общие сведения

Каппаратам распределительных устройств (РУ) относятся ЭА, предназначенные преимущественно для включения и отключения силовых электрических цепей.

Аппараты РУ выполняют следующие функции:

1) неавтоматическое включение и отключение электрических цепей при необходимости подать или снять питание электроэнергией участка цепи;

2) автоматическое отключение электрических цепей в случае ненормальных режимов работы, угрожающих безопасности обслуживающего персонала или сохранности оборудования;

3) автоматическое повторное включение после аварийного отключения.

Различают три группы аппаратов РУ: 1) неавтоматические выключатели; 2) предохранители; 3) автоматические выключатели.

Неавтоматические выключатели выполняют только первую из вышеуказанных функций. Предохранители выполняют вторую и частично первую функцию. Автоматические выключатели полностью выполняют первую и вторую функцию.

Требования, предъявляемые к аппаратам РУ, определяются разнообразными факторами и конкретными условиями их эксплуатации.

Аппараты РУ обычно предназначены для длительного режима работы, т.е. период нагрузки аппаратов может продолжаться сколь угодно долго. Это требование вытекает из необходимости обеспечения бесперебойного электроснабжения.

Аппараты должны предусматривать защиту от чрезмерного нагрева при больших токах. Главная задача защиты состоит в сохранении изоляции путем предотвращения чрезмерного нагрева проводника. Срабатывание защиты должно происходить только при температуре, превышение которой приведет к недопустимому сокращению срока службы защищаемого токоприемника.

54

Аппараты должны быть рассчитаны на определенное число включений / отключений в период гарантийного срока службы (механическая и электрическая износоустойчивость) и допустимое быстрое включение после отключения при больших токах.

К аппаратуре РУ должны предъявляться следующие общие требования:

1)надежная работа в нормальном режиме;

2)безотказное выполнение требуемых функций в предусмотренных анормальных режимах с быстрым восстановлением питания после отключения;

3)достаточный срок службы;

4)минимальные затраты материалов на изготовление;

5)простота монтажа, обслуживания и эксплуатации.

Категория применения аппарата согласно ГОСТ Р 50030.3 должна выбираться в соответствии с требованиями, представленными в табл. 5.1. Настоящий стандарт распространяется на коммутационные аппараты общего назначения переменного напряжения до 1 кВ и постоянного напряжения до 1,2 кВ.

В условиях открытых горных работ преимущественное распространение получили аппараты РУ общепромышленного назначения.

К аппаратам РУ, эксплуатирующихся в подземных условиях рудников и шахт, опасных по газу или пыли, наряду с приведенными требованиями общего характера, предъявляются специальные требования, которые регламентируются соответствующими ГОСТ, правилами изготовления рудничного электрооборудования и отраслевыми правилами безопасности.

5.2. Предохранители

Предохранитель – это электрический аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и недопустимых токов перегрузки.

Основной элемент предохранителя – плавкая вставка постоянного или переменного сечения (рис. 5.1), которая при токах срабатывания плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги, отключая электрическую цепь.

По конструктивному исполнению предохранители подразделяются на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом

55

патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем). Примеры конструктивного исполнения предохранителей закрытого типа и с наполнителем представлены на рис. 5.2.

а

б

в

г

Рис. 5.1. Варианты исполнения плавких вставок: а – постоянного сечения; б – переменного сечения на напряжение не выше 220В;

в– переменного сечения на напряжение выше 380 В;

г– для предохранителей с наполнителем

Фигурные плавкие вставки по сравнению со вставками постоянного сечения имеет ряд преимуществ: снижается уровень перенапряжений при срабатывании предохранителя, в меньшей степени засоряется внутренняя полость патрона парами металла, уменьшая тепловые потери и др.

Наиболее распространенные материалы плавких вставок – медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова).

56

Таблица 5.1

Категории применения электрических аппаратов в соответствии с ГОСТ Р 50030.3

57

а

б

Рис. 5.2. Пример конструктивного исполнения предохранителей: а – предохранитель закрытого исполнения; б – предохранитель

снаполнителем; 1 – плавкие вставки; 2 – изолирующий патрон (корпус); 3 – токоведущие детали; 4 – защитные колпачки; 5 – наполнитель

58

В засыпных предохранителях наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок (SiO2). Наилучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (CaCO3), который после перегорания вставки, в отличие от песка, не образует остаточных токоведущих путей и пригоден для многократного использования. Но мел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение.

Важным показателем предохранителя является тепловая характеристика – интеграл квадрата тока в заданном интервале времени (Джоулев интеграл). Эта характеристика позволяет достаточно точно оценить тепловое воздействие проходящего через него тока и в наглядной форме определить защитную способность предохранителя, особенно при малом времени срабатывания. В качестве примера на рис. 5.3 приведены времятоковые характеристики предохранителя ПП-57 при разных номинальных токах.

Помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в отдельную группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/индий/олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумном патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например с автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5…2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию.

При выборе плавких вставок принято руководствоваться следующим:

1. Для защиты ответвлений к одиночным двигателям при небольшой частоте и длительности пусков в условиях продолжительных режимов работы выбор вставок определяется следующим образом:

Iв.ном I2,5пуск ,

59

Рис. 5.3. Времятоковые характеристики предохранителя ПП – 57 на номинальное напряжение 660 В

2. Для защиты магистральных линий, питающих более одного потребителя, если известен расчетный ток линии Iр и пусковой ток наиболее мощного потребителя:

+ Iпуск max .

Iв.ном Iр 1,6...2,5

Выбранные плавкие вставки в большинстве случаев обладает достаточным запасом прочности.

60