Защита предохранителями
» назначение предохранителей тока.
Тема: осуществление электрической защиты предохранителями тока.
Старым, проверенным и вполне надёжным способом электрической защиты сетей и электрооборудования от чрезмерного тока является защита предохранителями, установленными на входе электропитания электротехники. Конструкция и принцип действия электрического предохранителя просты и безотказны. Но это, естественно, не панацея то всех проблем, связанных с безопасностью, как человека, так и электротехники. Конечно, у данного способа защиты имеются свои недостатки и ограничения. В данной статье давайте с вами более подробно рассмотрим это устройство с точки зрения устройства, назначения и защиты.
Тема: осуществление электрической защиты предохранителями тока
Тепловая энергия, создаваемая током, протекающим через элемент плавкого предохранителя, рассеивается до окружающей среды. В условиях сверхтока внутренняя температура предохранителя повышается; диссипация тепловой энергии меньше создаваемой тепловой энергии. Открывается ли предохранитель или как быстро он запускается, зависит от величины перегрузки по току и от продолжительности максимального тока. Ниже приведен ряд иллюстраций для объяснения того, как работают предохранители. Показана двухэлементная конструкция предохранителей с запаздыванием.
Итак, в основе принципа действия защиты предохранителями лежит обычное перегорание легкоплавкого проводника, что стоит последовательно защищаемой схемы, и является наиболее «слабым звеном» для случая резкого повышения силы тока в электрической цепи. Из физики, раздела электричества, доподлинно известно, что при протекании электрического тока (заряженных частиц) через тот или иной проводник на нём выделяется определённое количества тепла. При небольших значениях тока и значительных размеров проводника тепло быстро рассевается, а вот когда величина тока большая, для имеющегося проводника, начинает увеличиваться температура, что при некотором её значении приводит к превращению проводника в жидкое состояние.
Дифференциальные автоматические выключатели
Существуют конструкции других типов, но принципы схожи. Художественная свобода взята, чтобы проиллюстрировать внутреннюю часть этого плавкого предохранителя. Настоящий плавкий предохранитель имеет непрозрачную трубку и специальный мелкозернистый, дугогасящий материал, полностью заполняющий внутреннее пространство.
После прерывания тока короткого замыкания. На рисунке 5 показано, как двухэлементный предохранитель работает в диапазоне перегрузки. При устойчивых условиях перегрузки триггерная пружина разрушает калиброванный сплавляющий сплав и освобождает «разъем». Вставки представляют собой модель элемента перегрузки до и после. Калиброванный сплавляющий сплав, соединяющий элемент короткого замыкания с перегрузочным элементом, разрушается при определенной температуре из-за постоянного тока перегрузки. Спиральная пружина выталкивает соединитель из элемента короткого замыкания, и цепь прерывается.
В действии защита предохранителями имеет следующий вид - по тем или иным причинам произошло короткое замыкание в электрической цепи. Естественно, мгновенно увеличилась сила тока (поток заряженных частиц). Поток электронов разогрел тонкую плавкую вставку защитного предохранителя, что ведёт к расплавлению проводника. Следовательно, электрическая цепь оборвалась, и ток прекратился. Назначение предохранителя при данной работе имеет свои ограничения. Основной недостаток - защита сработает именно тогда, когда расплавится плавкая нить, а это значит, что придётся силу тока довести до критического значения. При высоком токе, но недостаточном для перегорания предохранителя, будет аварийный режим работы электрической системы. Начнут плавится провода, катушки, пластмассовые корпуса, большая вероятность возникновения пожала.
Пример ограничения тока для тока повреждения. На рисунках 6 и 7 показана работа предохранителя в диапазоне тока короткого замыкания. Ток короткого замыкания приводит к тому, что ограниченные части элемента короткого замыкания испаряются, и начинается дуга. Дуги сжигают элемент в точках дуги. Более длинные дуги приводят к уменьшению тока. Кроме того, специальный материал для тушения тушения дуги способствует тушению дугогасящего тока. Время очистки предохранителя в условиях короткого замыкания - это время, необходимое для расплавления или испарения ограниченных частей элемента предохранителя плюс время дуги.
Другим моментом, относящемся к недостаткам применения защитных предохранителей тока, является то, что при их перегорании возникает потребность в замене на новый, заведомо рабочий. На практике очень часто бывает так, что не всегда под рукой имеется запасной рабочий предохранитель. Приходится восстанавливать старый, сгоревший. А это уже ведёт к ухудшению прежней защиты, так как восстановленная плавкая вставка будет менее чувствительна к чрезмерному току, увеличивая опасность при аварийных режимах работы электрической схемы. Защита предохранителями не может уберечь человека от удара током, в случае когда фаза лежит на корпусе устройства, а заземление не подсоединено к токопроводящему основанию (корпусу системы).
Устройства защитного отключения
Время плавления или испарения зависит от конструкции плавкого предохранителя и величины тока. Продолжительность времени от точки плавления или испарения элемента плавкого предохранителя до прерывания тока довольно быстро. Как правило, это время будет составлять половину цикла. Для токоограничивающих предохранителей в их предельно допустимом диапазоне общее время очистки составляет ½ цикла или меньше.
Иллюстрирует различные кривые характеристик предохранителей. Особый мелкий гранулированный, дугогасящий материал играет важную роль в процессе прерывания. На рисунке 7 показана фактическая фотография внутреннего элемента предохранителя после прерывания неисправности. Наполнитель помогает гасить дуги; материал наполнителя поглощает тепловую энергию дуг, соединяется вместе и создает изолирующий барьер. Этот процесс помогает подавить ток до нуля. Именно весь этот процесс позволяет плавким предохранителям ограничивать ток.
Наиболее подходящее место и вариант применения электрического предохранителя тока является грубая, крайняя мера разрыва цепи при максимальных значения тока (токи короткого замыкания). Защитный предохранитель должен стоять в самом начале электрической схемы. Ток срабатывания должен быть немного больше, чем у более чувствительных защитных устройств (автоматические выключатели, устройства дифференциальной защиты и прочие электротехнические и электронные системы защиты). При возникновении аварийного режима работы той или иной схемы, в первую очередь, должен сработать автомат, отключающий питание. И только если по какой-то причине он не сработал, а сила тока увеличилась до критического значения, то тут приходит на помощь плавкий предохранитель, который точно уж перегорит и разорвёт электрическую цепь.
Маркировка плавких предохранителей
Когда ток неисправности находится в пределе тока предохранителя, предохранитель отключает ток до достижения его первого значения пикового тока, испаряя ограниченные части предохранителя. Затем ток принудительно обнуляется через процесс с дугой, а наполнитель гасит дугу до первого ½ цикла тока повреждения. Ограничение тока значительно снижает энергию, выделяемую в цепи.
Процесс прерывания имеет решающее значение для предохранителя. Чтобы иметь достаточный номинал напряжения и прерывающий рейтинг, предохранитель должен быть правильно спроектирован. Критически важным для достижения определенного номинального напряжения является количество ограниченных частей или секций вырезания в ряд. Для предохранителя, показанного в этом примере, есть пять ограниченных частей последовательно, и этот предохранитель рассчитан на 600 В переменного тока. Аналогичным образом, когда предохранитель пытается прервать высокие токи повреждения, предохранитель должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать огромное давление, создаваемое внутри корпуса плавкого предохранителя, в результате быстрого испарения и дуги части элемента предохранителя.
Страница 2 из 3
Плавкие предохранители считают одним из наиболее простых, дешевых и надежных аппаратов защиты максимального тока в сетях Н Н и ВН (до 110 кВ). В то же время предохранитель является наиболее ослабленным звеном электрической цепи. Чтобы представить разнообразие предохранителей, на рис. приведена их классификация по принципу действия, материалу плавкой вставки и конструкциям. Защитные свойства плавких предохранителей не регулируются и определяются типом предохранителя, габаритом патрона, номинальным током плавкого элемента, а также дополнительными факторами: температурой окружающей среды, способом монтажа, степенью старения плавкого элемента и т.п.
Если плавкий предохранитель пытается прервать ток сбоя, превышающий его прерывающий рейтинг, предохранитель может сильно разрываться. В разделе 9 требуется, чтобы ток короткого замыкания на линейных клеммах не превышал номинала прерывания плавкого предохранителя или прерывателя цепи выключателя.
Рабочие функции выключателя. На протяжении многих лет развивались несколько различных характерных характеристик предохранителей, каждый из которых имел разные временные характеристики и разную степень ограничения тока в условиях короткого замыкания. Например, имеются предохранители с временной задержкой, предохранители с временной задержкой, высокоскоростные предохранители.
Рис. 5.2. Классификация предохранителей
Временем срабатывания плавкого предохранителя считают время плавления плавкого элемента до момента появления электрической дуги. Пропускаемый токоограничиваюшим предохранителем ударный ток КЗ определяется временем срабатывания предохранителя.
Ток срабатывания плавкого предохранителя определяют как ток, приводящий ксрабатыванию предохранителя за время, достаточное для достижения установившегося теплового состояния (за время от 1 до 4 ч в зависимости от номинального тока плавкого элемента). Ток, который в этих условиях не приводит к срабатыванию предохранителя, называют током несрабатывания. Среднее геометрическое этихдвухтоков называют пограничным током предохранителя
Автоматические выключатели представляют собой механические устройства защиты от сверхтоков. Все автоматические выключатели имеют три общие рабочие функции. Чтобы прервать перегрузку, цепочка событий существенно отличается от цепи предохранителя. Во-первых, автоматический выключатель определяет максимальный ток. Если перегрузка по току сохраняется слишком долго, чувствительное средство вызывает или сигнализирует о размыкании контактного механизма. Функция разблокировки позволяет механизму запуска контактов на часть.
По мере того, как контакты начинают расставаться, ток растягивается по воздуху, а между контактами начинается дуга. Чем больше контактов, тем длиннее дуга, что помогает прерывать перегрузку. Однако в большинстве случаев, особенно для тока повреждения, одних только контактов недостаточно для прерывания. Дуговую дугу бросают в дуговые лотки, которые помогают растягивать и охлаждать дугу так, что можно сделать перерыв. На рисунке 10 показана упрощенная модель с тремя рабочими функциями, показанными для термомагнитного выключателя, который является наиболее часто используемым автоматическим выключателем.
Условия выбора и проверки плавкого предохранителя :
1) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше номинального напряжения электрической сети;
2) номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчетному току защищаемой цепи и отстраивают от токов кратковременной допустимой перегрузки, пусковых и пиковых токов электроприемников.
Номинальный ток патрона предохранителя должен соответствовать выбранной плавкой вставке;
3) выбранные плавкие предохранители проверяют на требуемую чувствительность защиты:
в электрических сетях общего назначения;
4) проверка на отключающую способность.
Устройства защиты от перенапряжений
Кроме того, следует отметить, что существуют различные конструкции контактных механизмов, которые могут существенно повлиять на процесс прерывания. Операция перегрузки автоматического выключателя. На фиг. 11А и 11В показана работа выключателя с помощью элемента теплового биметалла, который обнаруживает постоянную перегрузку. В некоторых выключателях функция контроля перегрузки выполняется с помощью электронных средств. В любом случае процесс разблокировки и прерывания является таким же, как показано на фиг. 11А и 11В.
На рис. 3 и 4 показаны защитные характеристики предохранителей. Плавкие предохранители, выбранные по пусковым условиям и обладающие крутопадающей защитной характеристикой, не обеспечивают защиту от перегрузок. Кроме того, перегорание предохранителя в одной фазе приводит к ненормальному режиму работы электродвигателя, пуск которого в этом случае приводит к сгоранию обмоток, если он не будет автоматически отключен.
На фиг. 11А показано, что по мере того как перегрузка сохраняется, биметаллический чувствительный элемент изгибается. Если перегрузка сохраняется слишком долго, сила, создаваемая биметаллическим датчиком на барной рейке, становится достаточной для разблокировки автоматического выключателя. Подпружиненные контакты раздельно, и перегрузка очищается.
При открытии контактов может возникать некоторая дуга, но дуга не столь заметна, как при прерывании тока короткого замыкания. Автоматический выключатель воспринимает перегрузку и разблокировку. Контакты выключателя разомкнуты и разомкнуты. Автоматическое отключение автоматического выключателя.
Рис. 3. Защитные характеристики предохранителей пн2 (сплошные линии) и нпн (штриховые линии)
Рис. 4. Защитные характеристики предохранителей пп17 в цепи переменного тока аппарата магнитного пускателя или контактора
Магнитный элемент определяет более высокие уровни максимального тока. Этот элемент часто называют мгновенным отключением, что означает, что автоматический выключатель открывается без преднамеренной задержки. В некоторых выключателях мгновенная функция отключения выполняется с помощью электронных средств.
Обнаружение и размыкание мгновенного отключения выключателя. Контактные контакты выключателя и дуги. Контакты выключателя разомкнуты и неисправность устранена. На рисунке 12А показана операция в условиях короткого замыкания. Высокая скорость изменения тока приводит к тому, что контактный стержень тянется к магнитному элементу. Если ток короткого замыкания достаточно высок, сильная сила приводит к тому, что выпрямительный стержень проявляет достаточное усилие, чтобы разблокировать автоматический выключатель.
В этом случае обязательно требуется установка в качестве дополнительного (на большие токи) со встроенными электротермическими расщепителями, контакты которых включают в цепь управления катушки пускателя. Магнитный пускатель является одновременно аппаратом защиты минимального напряжения: при напряжении меньше некоторого критического значения (обычно от 0,6 до 0,7 Iном) он отключается и в случае использования обычного кнопочного управления при восстановлении напряжения самостоятельно не включается. Если требуется самозапуск электродвигателя, то применяют шунтирование пусковой кнопки контактами реле времени, выдержка времени которого при возврате перекрывает кратковременный перерыв в электропитании.
Это быстрое событие и называется мгновенным отключением. Важно понимать, что, когда выключатель отключен, он предназначен для открытия; однако прерывание тока не начинается до тех пор, пока контакты не начнут расставаться. Когда контакты начинают расставаться, ток продолжает течь по воздуху между неподвижным контактом и подвижным контактом. В какой-то момент дуга бросается в дуговые лотки, которые растягивают и охлаждают дугу. Скорость открытия контактов зависит от конструкции автоматического выключателя.
Общее время прерывания тока для мгновенного отключения выключателя зависит от конкретной конструкции и состояния механизмов. Номинальные выключатели с меньшим номинальным током могут очищаться от ½ до 1 цикла. Номинальные выключатели с большим номинальным током могут сниматься в диапазоне от 1 до 3 циклов в зависимости от конструкции.
Номинальный ток защищающего от перегрузки теплового реле магнитного пускателя выбирают только по расчетному току линии. Плавкие предохранители имеют следующие недостатки: независимая работа предохранителей каждой фазы, одноразовость срабатывания, возможность ошибочных операций с предохранителями, сложность обеспечения защиты электрической цепи во всем диапазоне возможных сверхтоков, невозможность проверки защитных свойств без перегорания предохранителя, старение плавкой вставки и др.
Автоматические выключатели, которые указаны и обозначены как ограничение тока, могут прерывать в течение ½ цикла или меньше, когда ток короткого замыкания находится в диапазоне ограничения тока выключателя. При помощи дуговых лотков ток прерывается, когда ток приближается к нулю при нормальном течении переменного тока, а контакты перемещаются на достаточное расстояние. В процессе прерывания тока может возникать огромное количество энергии, выделяемой на пути прерывания контакта и дуговых лотков. Автоматические выключатели спроектированы таким образом, чтобы иметь определенные номинальные номинальные номинальные напряжения.