Тема: Дослідження характеристик плавких вставок для запобіжників

 

1. Мета і завдання роботи

Визначення діаметра провідника для запобіжників електричних апаратів з перевіркою на спеціальній установці. Визначення залежності струму перегорання та часу перегорання від діаметра провідника.

 

2. Короткі теоретичні відомості

У системах електрозабезпечення можуть виникати режими, що характеризуються електричними, тепловими, механічними навантаженнями, які значно перевищують навантаження нормального режиму роботи. При значному перенавантажені електричних приладів струмами, або при короткому замиканні виділяється велика кількість теплової енергії, яка загрожує збереженню установки та можливості виникнення пожежі. Основним видом аварій в системах електрозабезпечення являється коротке замикання, через це апарат відключення повинен володіти відповідною можливістю від’єднувати. У вигляді таких апаратів можуть застосовуватися плавкі запобіжники НН (низької напруги), автоматичні вимикачі, які керуються при аварійному відключені вмонтованому в привід роз’єднувачами або релейним захистом. Залежно від застосованої апаратури захист може реагувати на зміну визначених електричних або неелектричних величин: струму, напруги, потужності, опору, кут зсуву фаз, частоти, температури, випромінювання, рівня, потік газу або рідини. Апарати, які застосовуються в системах електричного захисту в електромережах умовно розділяються на дві групи: а) захист плавкими запобіжниками; б) захист автоматичними вимикачами.

 Запобіжники призначені для захисту електричних мереж від перенавантажень і короткого замикання. Найбільше розповсюдження одержали плавкі запобіжники, вони дешеві та прості за будовою. Плавкий запобіжник складається з двох основних пластин: корпуса (патрона) із електроізоляційного матеріалу та плавкої вставки (мідь, алюміній, свинець). Кінці плавкої вставки з’єднані з клемами, за допомогою яких запобіжник включається в лінію послідовно з споживачами, яких захищають дільницю кола. Плавка вставка вибирається з таким розрахунком, щоб вона розплавилась раніше, ніж температура проводу мережі досягне небезпечного рівня чи перенавантажений споживач вийде із ладу. За призначенням запобіжники поділяють на групи: загального призначення; для захисту силових напівпровідникових приладів (швидкодіючі); для трансформаторних установок. За ознаками параметрів запобіжники умовно поділяються на: інерційні; нормальної швидкодії; швидкодіючі. В конструктивному виконанні плавкі запобіжники поділяються на пробкові (фарфор), патронні, пластинчаті, які застосовуються в установках до 500 В і трубчаті 500 В та більше 500 В (фарфор, скло). Характерною величиною для плавкого запобіжника є його номінальний струм, який запобіжник повинен витримувати невизначено довгий час, не перегораючи. Це значення струму вказується на пробці або вставці запобіжника. Плавкий запобіжник вважається одним з найбільш простих та надійних апаратів захисту максимального струму в електромережах. Захисні властивості плавких запобіжників не регулюються, їх визначають типом запобіжників, габаритом патрона, номінальним струмом плавкого елементу, менш істотними додатковими факторами (температурою навколишнього середовища, способом монтажу, степінь старіння плавкого елемента). Плавкий запобіжник повинен надійно захищати проводи установки від небезпечного перенавантаження, а також він повинен витримувати короткочасні поштовхи струму при запуску електродвигунів. Через це при підбиранні запобіжника необхідно знати не тільки номінальний струм навантаження в лінії, але й її характер. Якщо лінія живить двигуни, то за основу вибирання запобіжника потрібно брати середнє значення пускового струму (І пуск), яке орієнтовано в п’ять – сім разів перевищує номінальний струм двигуна. Тривалість пускового процесу часто складає біля 510 сек., на протязі цього часу запобіжник повинен витримувати струм, який перевищує його номінальне (Ін) значення приблизно в 2.5 рази. Отже, номінальний струм плавкої вставки запобіжника визначається за формулою

.                            (2.1)

Лінії, які несуть спокійне навантаження без пускових поштовхів, номінальний струм плавкої вставки запобіжника рівний робочому струму лінії. Плавку вставку запобіжника підбираємо так, щоб вона пропускала робочий струм, відповідаючи нормальним умовам роботи і плавилась, виключаючи ділянку, захищену при збільшенні струму до небезпечних значень. Якщо захищають не окрему ділянку, а магістраль, то розрахований струм визначається з формули

,                            (2.2)

де      І_н– номінальний струм окремого споживача;

         К_с– коефіцієнт попиту, рівний відношенню потужностіР_н, яка використовується до встановленої потужностіР_в:

,                                                                     (2.3)

      де          n– кількість споживачів.

Коефіцієнт попиту знаходять з таблиць довідника для окремих видів споживачів.

Приклад:

При освітлювальному навантажені:

К_с=1 – для житлової площі до 100 м²;

К_с=0,80,9 – для житлової площі більше 100 м²;

К_с=0,70,75 – для 1015 житлових квартир площею до 100 м².

 

При силовому навантажені для цехів, в залежності від кількості встановлених двигунів, К_смає наступні значення (табл.1).

Таблиця 1. Залежність коефіцієнту попиту К_с від кількості двигунів

Кількість встановлених двигунів	2	3	4	5	6	8	10	20	30
Кс	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,25

 

Якщо до магістралі підключено декілька двигунів, то розрахунковий струм дорівнює:

,                                      (2.4)

де   – пусковий струм двигуна, в якого різниця між пусковим (I_n) і номінальним (І_н) струмами найбільша;

n– кількість електродвигунів.

Для отриманих значень струмузнаходимоз таблиць довідника плавку вставку на рівний або найближчий струм.

Водночаснеобхідно врахувати наступні недоліки плавких запобіжників:

–                   незалежну роботу запобіжників кожної фази, внаслідок чого можливі відключення однієї або двох фаз і продовження роботи споживачів в неповно фазних режимах;

–                     одноразове спрацювання запобіжника і внаслідок цього істотні затрати часу на встановлення часу шляхом заміни запобіжників;

–                     складність забезпечення захисту провідників і електротехнічних приладів на всьому діапазоні можливих надструмів;

–                     можливість помилкових операцій з запобіжниками при їх заміні або відключенні лінії шляхом виймання запобіжника;

–                     відносну складність приладів дистанційної сигналізації про спрацювання;

–                     неможливість перевірки захисних властивостей без перегороння запобіжника.

Існують спеціальні модифікації запобіжників, вільні від цих недоліків. Наприклад, розроблені керовані запобіжники в яких передчасно можна викликати перегоряння плавкого елементу та добитися трифазного спрацювання запобіжників. Розроблені також плавкі запобіжники багатократної дії з натрієвим плавким елементом, який при спрацюванні запобіжника розширяється і випаровується, але при охолоджені знову твердіє та під дією вмонтованого в запобіжник поршневого механізму поновлює попередні розміри. Але ці конструкції можуть застосовуватись при невеликій відключаючій здатності. Запобіжники застосовують коли вони економічно вигідні. На даний час також використовують автоматичні запобіжники – електромагнітні, теплові, електронні та інші пристрої, що розмикають електричні кола, якщо сила струму в них перевищує значення, на які вони розраховані.

Основні переваги запобіжників: простота їх конструкції; мала вартість; можливість обслуговування персоналом невисокої кваліфікації; заміна плавкої вставки відбувається без дотику до струмоведучих частин; швидкодія; струмообмеженість; здатність швидко від’єднати від мережі.

Приклад розрахунку

Задача

Трифазна лінія напругою U_ф=220 В живить 16 житлових квартир, в кожній з яких потужність лампочок і побутових приладів 1200 Вт. Визначити розрахунковий струм.

Розрахунок.

Номінальна встановлена потужність:

Р=120016=19200 Вт.

Номінальний струм:

.

Прийнявши коефіцієнт попиту К_с = 0,7, отримаємо

.

Це означає, що номінальний струм плавкої вставки або 50A>35А.

При проходженні струму через провідник виділяється тепло Q та збільшується температура самого провідника і середовища біля нього:

, [Дж],

де        І – дійсне значення струму, який проходить через провідник, А;

R_пр – активний опір провідника змінного струму, Ом;

t– час роботи вставки, с.