Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические и электронные аппараты. Учебное пособие.pdf
образом плавкая вставка не успевает перегореть. При разгоне, например, ма-
10
пуска
t
>
2,5
н.пл .вст н.ц. упр
II=
ховиков процесс пуска занимает значительное время (
с), плавкую
вставку выбирают на ток в 1,6 раза меньше пускового (т. е. в 3–4 раза боль-
ше номинального). Предохранитель, выбранный с такой плавкой вставкой,
не защищает электродвигатель даже при значительных перегрузах, так как
номинальная сила тока плавкой вставки вдвое и более превышает силу тока
электродвигателя при полной его нагрузке. Сила тока, при которой перего-
рает плавкая вставка, находится в обратной зависимости от времени протекания тока. При токах короткого замыкания и при недопустимых перегрузках, приводящих к остановке электродвигателя, перегорание плавкой вставки происходит достаточно быстро.
Методика выбора плавкой вставки для синхронных электродвигате-
лей аналогична методике выбора для короткозамкнутых асинхронных
электродвигателей.
В цепях управления также могут возникать короткие замыкания. Поэтому данные цепи защищают отдельными плавкими предохранителями,
рассчитанными на ток плавкой вставки
.
В промышленном электрооборудовании широкое применение получили предохранители типов ПР-2, ПРС, ПН-2, НПН и некоторые другие.
Предохранители типа ПР-2 (риc. 2.2) разборные, без наполнителя, изготовляются на номинальное напряжение до 500 В. Патрон предохраните-
ля выполнен из прочной фибровой трубки с латунными наконечниками,
на которые навинчены латунные колпаки. Колпаки удерживают ножевые
контакты, вставляемые в контактные стойки (патрон на 100 А и выше).
У предохранителей до 60 А ножевых контактов нет, их крепят в пружин-
ных контактных стойках непосредственно за колпаки. Предохранители
снабжены фигурной плавкой вставкой, штампованной из листового цинка.
Плавкие вставки изготавливаются на номинальные токи 6; 10; 15; 20; 25;
35; 45; 60; 80; 100; 125; 160; 200; 225; 260; 300; 350 и до 1000 А. Номинальный ток предохранителей от 15 до 1000 А.
41
Рис. 2.2. Плавкий
предохранитель ПР-2
Рис. 2.3. Резьбовой
предохранитель ПРС-6
Под действием дуги фибра патрона частично разлагается и выделяет
газы, которые создают в закрытом патроне высокое давление. Дуга быстро
гаснет, и цепь отключается еще до того, как ток короткого замыкания до-
стигает максимального значения. Следовательно, предохранители типа
ПР-2 обладают токоограничивающим действием и применяются в основном для защиты электродвигателей средних и больших мощностей.
На рис. 2.3 показан пробочный предохранитель типа ПРС-6. На
пластмассовом основании 1 установлена втулка 2 из листового металла
с резьбой, выполненной накаткой. Во втулку 2 ввернута фарфоровая
пробка 3 с укрепленной на ней металлической резьбовой втулкой 4. При
этом медная плавкая вставка 5, помещенная в патроне 6, вложенном
в пробку 3, замыкает цепь контролируемого тока. Чтобы под воздействием вибрации пробка не могла отвертываться, резьба на пробке имеет поперечную насечку. Патрон 6 заполняют кварцевым песком, что ускоряет
гашение дуги. Плавкие вставки предохранителей изготавливаются на номинальные токи 1; 2; 4; 6; 10; 16; 20; 25; 40; 63; 80; 100 А. Номинальный
ток предохранителя от 6 до 100 А. Предохранители типа ПРС чаще используют в цепях управления.
Быстродействующие с наполнителем предохранители типа ПНБ
(плавкая вставка из серебра) используют только для защиты полупровод-
42
никовых электроприводов. Эти предохранители изготавливают на номи-
ном.пр НС
ном.пр Р.max
откл.пр К .max
UU
II
II
≥
≥
≥
НС
U
Р.max
I
ном.вст Р .max
II≥
нальный ток плавкой вставки до 630 А.
Закрытые предохранители типа ПН-2 имеют квадратный корпус из
фарфора. Для быстрого гашения дуги корпус заполнен кварцевым песком.
Плавкие вставки (одна, две или три) штампуют из медной фольги разной
толщины. Плавкие вставки предохранителей изготавливаются на номинальные токи 20; 40; 50; 60; 80, 100; 150; 200; 250, 300; 350; 400 А. Номинальный ток предохранителей от 100 до 400 А.
Закрытые (неразборные) предохранители типа НПН имеют круглый
стеклянный корпус, заполненный кварцевым песком, плавкая вставка выполнена из круглой медной проволоки. Плавкие вставки предохранителей
изготавливаются на номинальные токи 4, 10; 15, 20; 35; 45; 60 А. Номинальный ток предохранителей от 15 до 60 А.
В цепях управления кроме предохранителя типа ПРС могут использоваться предохранители различных типов, рассчитанные на небольшую силу тока (0,15; 0,25; 0,5; 1 и до 10 А).
Выбор предохранителей производят по условиям:
, (2.1)
где
– номинальное напряжение сети;
– максимальный рабочий
ток сети.
Плавкую вставку для инерционных предохранителей выбирают по
длительно допустимому току линии
а для безынерционных предохранителей с учетом следующих условий:
, (2.2)
43
ном.вст Р .max
ном.вст П пер
II
I I /K
≥
≥
, (2.3)
П
I
пер
K
где
– пусковой ток электродвигателя;
– коэффициент перегрузки,
учитывающий превышение тока двигателя сверх номинального значения
в режиме пуска и принимаемый 1,6–2 для тяжелых и 2,5 для легких условий пуска.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Цель работы: ознакомиться с конструкцией и техническими данными
низковольтных предохранителей типов ПР-2, ПН-2, ПНД-2, ПРС, НПН-60;
снять времятоковую характеристику плавкой вставки и сравнить ее с расчетной.
Основные теоретические сведения
Плавким предохранителем называют электрический аппарат, который
при токе больше заданной величины размыкает электрическую цепь пу-
тем расплавления плавкой вставки, непосредственно нагретой током до
расплавления.
Предохранители можно классифицировать по степени закрытия плав-
кой вставки:
а) с открытой плавкой вставкой (применяются редко);
б) полузакрытым патроном;
в) закрытым патроном (отсутствует выброс пламени дуги при перего-
рании плавкой вставки).
Предохранители с закрытым патроном могут быть с наполнителем
и без него. В предохранителях с наполнителем дуга гасится в порошкооб-
разном наполнителе, а в предохранителях без наполнителя – вследствие
высокого давления газов в патроне.
44
Материалы для плавких вставок должны иметь малое удельное со-
ном.патр
I
противление, небольшую температуру плавления и, кроме того, должны
быть стойкими к окислению.
В современных предохранителях для плавких вставок обычно приме-
няются 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 погранич-
ных токов серебряных вставок. Температура плавления серебра – 961 °С.
В предохранителях с медными или серебряными вставками при не-
больших токах перегрузки возможен значительный нагрев патрона предо-
хранителя 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 сниже-
нию времени перегорания вставок при небольших токах перегрузки.
К достоинствам цинковых вставок следует отнести помимо невысокой температуры плавления (419 °С) также неизменность их сечения при
эксплуатации.
Основными параметрами предохранителей являются:
а)
– номинальный ток патрона – максимальный ток, при ко-
тором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допустимой
температуры;
45
б)
ном.вст
I
ном.откл
I
откл нагр пл дуги
t t t t.
= ++
– 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 време-
ни нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния
в жидкое (плавление) и времени горения (гашения дуги):
Зависимость полного времени отключения цепи плавким предохрани-
телем от тока называют времятоковой характеристикой (или защитной характеристикой).
Предохранитель будет защищать объект лишь в том случае, если его
защитная характеристика располагается несколько ниже защитной характеристики защищаемого объекта при любом значении тока в цепи (рис. 2.4).
1 – характеристика предохранителя; 2 – характеристика объекта
Крутизна защитной характеристики предохранителя определяет быстро-
действие срабатывания предохранителя, а следовательно, надежность защиты.
Ток, при котором вставка предохранителя не перегорает в течение
длительного времени, называют пограничным.
Рис. 2.4. Времятоковые характеристики:
46
Номинальный ток плавкой вставки должен быть меньше погранично-
,
ном.вст сети
UU≥
ном
U
ном.вст длит
II≥
ном.вст
I
го тока.
Для обычных предохранителей отключение 5–10-кратного тока про-
исходит примерно за время 0,5–0,1 с, а 1,5–2-кратного тока – за 20–50 с.
Для цепей, требующих большего быстродействия защиты, созданы
специальные быстродействующие предохранители (серия ПНБ), которые
отключают 5–10-кратный ток за время не более 0,01 с, а 1,5–2-кратный
ток – за 10 с.
В некоторых случаях требуется, наоборот, повышенная инерцион-
ность 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 раз-
личной крутизной.
Каждый тип предохранителя изготовляют на определенный номиналь-
ный наибольший ток, а плавкие вставки к нему делают на несколько значений номинального тока. Так, предохранитель на номинальный ток 60 А
снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А.
Выбор предохранителя производится:
а) по номинальному напряжению сети:
где
– номинальное напряжение предохранителя.
Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать
по возможности равным номинальному напряжению сети;
где
б) по длительному расчетному току линии:
,
– номинальный ток вставки;
47
в) по условиям пуска асинхронных двигателей (с короткозамкнутым
ном.вст пуск
I I/
= α
( )
0,4 ( )
ном.вст расч пуск ном.дв
I I II= +−
расч
I
ном.дв
I.
()
пуск ном.дв
II−
2
пуск ном.дв
II
<
к.з
I
max max
0,1
ном.вст раб. вкл.
I ΣI ΣI≥+
max
раб.
ΣI
maxвкл.
ΣI
ротором):
,
где α – коэффициент, зависящий от условий пуска, α = 1,5–2,5;
Если предохранитель стоит в линии, питающей сразу несколько дви-
гателей с короткозамкнутым ротором:
,
где
– расчетный номинальный ток линии, равный
Разность
берется для двигателя, у которого данная раз-
ность будет наибольшей.
Для двигателей с фазным ротором, если
, то I
ном.вст
≥ (1–1,25)I
ном.дв
;
г) по условиям короткого замыкания:
где
Iкз/I
ном.вст
– ток короткого замыкания двигателя.
≥ 3–4,
В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по
соотношению
где
– наибольший суммарный ток, потребляемый катушками ап-
паратов, сигнальными лампами и т. д. при одновременной работе;
– наибольший суммарный ток, потребляемый катушками од-
новременно включаемых аппаратов.
48
,
План работы
1. Изучить теоретические сведения и конструкции низковольтных
предохранителей по имеющимся образцам, плакатам и справочной лите-
ратуре.
2. Снять времятоковые характеристики различных сечений медной
круглой вставки.
Для снятия характеристик собрать схему (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Схема испытания плавкого предохранителя
В держатель предохранителя установить плавкую вставку на 0,5–1,0 А
(при отсутствии такой вставки рекомендуется напаивать отрезки одножильного медного провода необходимого сечения на неисправную плавкую
вставку). Включить секундомер тумблером Вкл. СЕК. При ненулевых показаниях секундомера произвести сброс одноименной кнопкой. Тумблер SА6
должен находиться в нижнем положении, при котором ток нагрузки через
предохранитель не протекает. Включить тумблером ЛАТР и, постепенно
увеличивая напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор Т1,
установить необходимую величину тока. Зафиксировать показания прибо-
ров. Затем тумблером SA6 переключить цепь на исследуемый предохранитель GH. Секундомер начнет отсчет и остановится при перегорании нити
предохранителя. Записать показания секундомера и затем обнулить индика-
торы кнопкой Сброс.
49
Повторить опыт при различных величинах тока. Данные занести
2
5
2
10 ,
пл
S
tI= ⋅
I
Н
I
Показание секундомера t, с
Расчетная температура плавления
пл
t
, °С
в табл. 2.1 и рассчитать температуру плавления по формуле
°С,
где S – сечение вставки, мм2;
– значение устанавливаемого тока по шкале, А.
Таблица 2.1
Результаты опыта
Ток нагрузки
, А
По данным опыта п. 2 построить в одном масштабе времятоковые ха-
рактеристики, сравнить их и сделать выводы.
Контрольные вопросы
1. Назначение предохранителей.
2. Требования к материалу для плавких вставок.
3. Назначение металлургического эффекта в предохранителях.
4. Особенности работы предохранителя при пограничном токе.
5. Основные параметры предохранителей.
6. Схема включения предохранителей в защищаемую цепь.
Для защиты от коротких замыканий и чрезмерных перегрузок кроме
плавких предохранителей применяют реле максимального тока [1, 6, 7].
Эти реле выпускают для постоянного и переменного тока. Реле тока обеспечивают более надежную и быстродействующую защиту, чем плавкие
2.2. РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
50