книги / Электрические аппараты автоматического управления

цепей путем перегорания под действием аварийного тока. Будучи включена в цепь последовательно с нагрузкой, плавкая вставка является самым слабым в тепловом отношении участком в этой цепи. Если по цепи потечет аварийный ток, то плавкая вставка перегорит ранее других частей цепи и прекратит протекание тока. В этом ее защитное действие. Плавкие вставки изготовляются из свинца, сплавов свинца и олова, цинка, меди, серебра и т. д.

Физические процессы при срабатывании предохранителя

При срабатывании предохранителя можно наблюдать такие физические процессы: нагревание плавкой вставки до темпера­ туры плавления, плавление и испарение плавкой вставки, пробой промежутка и возникновение дуги, гашение дуги, возникающей в предохранителе.

Нагревание плавкой вставки до температуры плавления.

Вустановившемся режиме количество тепла, которое выделяется

вплавкой вставке, полностью отдается в окружающую среду. Наибольший ток, отвечающий такому режиму, называется мини­ мальным плавящим током плавкой вставки. Если плавкая встав­ ка обтекается минимальным плавящим током, то теоретически она может работать бесконечно длительное время. Если ток плав­ кой вставки становится больше минимального плавящего тока, то время перегорания ее зависит от тока. Зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока приведена на рис. 6.5. Кривая на рис. 6.5 называется токовременной характеристикой плавкой вставки предохранителя и представляет собой зависи­ мость /=ср(/).

где /мни — минимальный плавящий ток плавкой вставки, а\ Iн — номинальный ток плавкой вставки, а.

Режим работы предохранителя при токах, близких /Мин, явля­ ется наиболее тяжелым для предохранителя в целом. Объясняет­

ся это тем, что в этом режиме плавкая вставка не плавится, но имеет высокую температуру. Например, медная плавкая вставка (температура плавления меди 1080°) в режиме минимального плавящего тока может иметь температуру порядка 800—900° С и не перегорать. При такой температуре плавкой вставки будут

6ф1+2мм

Рис. 6.5 Рис. 6.6

нагреваться корпус предохранителя, контакты и они могут раз­ рушиться. Можно взять металл для плавкой вставки с более низ­ кой температурой плавления (например, свинец — 330°С), но тогда надо увеличить сечение ее, а значит, увеличивать массу металла, что затруднит гашение дуги.

Это противоречие удачно разрешено с помощью нанесения на плавкую вставку из медной проволоки металлического раствори­ теля в виде шарика из олова диаметром 1-^2 мм (рис. 6.6). При нагревании плавкой вставки в том месте, где расположен шарик, имеет место металлургический эффект, и медная плавкая вставка перегорит при температуре не 1080, а 500° С или ниже, а корпус и контакты не будут перегреты и разрушены. Этого же достигают делая плавкие вставки переменного сечения и концентрации теп­ ла на узких перешейках. Могут быть использованы и используют­ ся оба эффекта одновременно.

Плавление и испарение плавкой вставки. После нагревания до температуры плавления плавкая вставка плавится и испа­ ряется. Этот процесс протекает по-разному в зависимости от того,

при каком токе он происходит. Если это ток перегрузки, то про­ цесс плавления протекает неинтенсивно, плавкая вставка разру­ шается по участкам и относительно медленно. Металл плавкой вставки, если предохранитель с наполнителем, может оставлять металлизированные дорожки. Это затрудняет гашение дуги и мо­ жет приводить к ложным представлениям о целости предохрани­ теля, так как указатель напряжения (пробная лампа небольшой

Рис. 6.7

мощности) будет гореть, но плавкая вставка перегорела и предо­ хранитель работать не может. При протекании по плавкой встав­ ке тока короткого замыкания она плавится по всей длине одно­ временно. Плавление и испарение протекает в виде взрыва, ме­ талл разбрасывается во все стороны, а если есть наполнитель, то проникает внутрь его. В этом случае предохранитель сраба­ тывает четко.

Пробой промежутка и возникновение дуги. После испарения плавкой вставки проводимость промежутка становится близкой

кнулю. Внезапный обрыв тока в цепи вызывает перенапряжение, которое пробивает промежуток и вызывает дугу. Величина пере­ напряжения зависит в первую очередь от длины плавкой вставки. Чем она больше, тем выше перенапряжение. Однако большие пе­ ренапряжения опасны для изоляции линий и установок, электри­ чески связанных с предохранителем. Для ограничения перенапря­ жений, которые всегда имеют место после перегорания пре­ дохранителей, особенно если они перегорели от тока короткого замыкания, плавкие вставки делают по длине различного сече­ ния, т. е. ступенчатыми. Такая форма плавкой вставки приводит

ктому, что вначале перегорает участок меньшего сечения, проис­ ходит пробой этого промежутка, возникает дуга и она производит разрушение утолщенных частей. В этом случае перенапряжения будут меньше, так как процесс растягивается во времени.

Гашение дуги в предохранителе. Возникшая дуга в предохра­ нителе должна быть погашена в минимальное время. Процесс гашения дуги в предохранителе зависит от его конструкции.

§ 6.3. КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

Блоки защиты типов БЗ-20 и БЗ-ЗО (рис. 6.7, а) служат для защиты цепей и установок постоянного тока напряжением до 30 в от перегрузок и коротких замыканий. Устанавливаются в закрытых помещениях. Эти блоки рассчитаны на длительный ток БЗ-20 до 20 а, БЗ-ЗО до 60 а. В комплекте с блоками БЗ-20 и БЗ-ЗО плавкие вставки серии ПВ (рис. 6.7,6) образуют кон­ струкцию предохранителя.

Рис. 6.8

Предохранители типа ППТ-10 (рис. 6.8, а) с плавкими встав­ ками типов ВТФ-6 и ВТФ-10 (рис. 6.8,6) предназначаются для защиты оперативных и сигнальных цепей в электрических уста­ новках с напряжением до 250 в при токе до 10 а. Они изготов­ ляются в одном исполнении, общем для плавких вставок типов ВТФ-6 и ВТФ-10, которые различаются по номинальному току: на 6 а — ВТФ-6, на 10 а — ВТФ-10.

Предохранители типов ПЦУ-6 и ПЦУ-20 (рис. 6.9) предназна­ чены для защиты цепей управления постоянного тока напряже­ нием до 350 в и переменного до 380 в от перегрузок и коротких замыканий. Предохранители типа ПЦУ-6 изготовляются на номи­ нальные токи 1, 2, 4 и 6 а и типа ПЦУ-20 на 10, 15 и 20 а. Отклю­ чающая способность предохранителей от 1000 до 2000 а.

Предохранители серии ПР-2 (рис. 6.10: 1 — фибровая трубка,

и коротких замыканий силовых сетей и оборудования напряже­ нием 220 в и 500 в переменного и постоянного тока. Они изготов­ ляются на номинальные токи патронов от 15 до 1000 а, а плавкие вставки от 6 до 1000 а в виде габарита I на 220 и И на 500 в.

Отключающая способность предохранителей I габарита достигает 15 000 а, а второго 20 000 а. Плавкие вставки изготовляются из листового цинка и имеют фасонную форму. Патрон этих предо­ хранителей представляет собой фибровую трубку, армированную металлическими кольцами с резьбой, на которые могут быть на­ вернуты колпаки.

Процесс гашения дуги в этих предохранителях протекает в та­ кой последовательности. После перегорания плавкой вставки в узких местах она осыпается вниз патрона. Возникшая дуга под действием высокой температуры разлагает фибру, на что затра-

Рис. 6.10

чивается энергия дуги. Газы содержат до 60% водорода. На дис­ социацию газов тратится также энергия дуги. Возросшее давле­ ние газов вызывает уменьшение свободного пробега электронов, что затрудняет ионизацию. В результате действия этих условий дуга гаснет. Предохранители серии ПР-2 (рис. 6.11) должны устанавливаться только вертикально. Предельная отключающая способность предохранителей серии ПР-2 достигает 20 000 а.

Предохранители типа НПН (рис. 6.12) применяются в цепях переменного и постоянного тока напряжением до 500 в. Предо­ хранители этого типа изготовляются на ток 15 а с плавкими вставками на 6, 10 и 15 а и на номинальный ток 60 а с плавкими вставками на 25, 35, 45 и 60 а. Предохранители типа НПН явля-

Рис. 6.11

ются предохранителями с наполнителем и неразборными. В каче­ стве наполнителя используется кварцевый песок. Гашение дуги осуществляется путем отнятия тепла от дуги с помощью кварце­ вого песка.

ного и переменного тока напряжением до 500 в. Они изготовля­ ются на номинальные токи 100, 200 и 350 а. Предельная отклю­ чающая способность до 15 000 а. Предохранители типа НПР бы­ вают с наполнителем и разборные. В качестве наполнителя используется кварцевый песок. Гашение дуги осуществляется путем отнятия тепла от дуги с помощью кварцевого песка.

Предохранители НПН и НПР обладают токоограничивающим

эффектом, который заключается в том, что ток короткого замы­ кания в таких предохранителях не достигает максимума /у> а на­ чинает уменьшаться с того значения, при котором происходит плавление плавкой вставки. Дуга в таких предохранителях мо­ жет погаснуть раньше естественного прохождения тока дуги через

/ г з

нуль. Если цепи и оборудование защищены такими предохраните­ лями, то они не подвергаются динамическому действию ударных токов и термическому действию токов короткого замыкания.

Предохранители серии ПН2. Эти предохранители обладают повышенной коммутационной способностью и, начиная с тока 5000 а, обладают токоограничивающим эффектом. Изготовляются на номинальные токи 100, 250, 400 и 600 а и на номинальные на­ пряжения 400 в постоянного тока и 500 в переменного. Предельно отключаемый ток 25 000 а. Обладают высокой механической проч­ ностью и потому могут быть использованы в блоке «рубильникпредохранитель».

Предохранители типа КП. Эти предохранители с кварцевым заполнителем конструктивно похожи на предохранители типа НИР с той разницей, что имеют Т-образные выступы, за которые при отсутствии нагрузки в цепи патрон может быть вынут из кон­ тактных стоек специальной съемной ручкой.

Предохранители-выключатели. В последнее время в практику вместо рубильников и предохранителей как самостоятельных аппаратов входят аппараты, объединяющие функции рубильни­ ков и предохранителей, которые идут под общим названием пре­ дохранители-выключатели. Известно, что сеть, которая управ­ ляется рубильником, должна защищаться плавкими предохрани­ телями. Ранее это осуществлялось с помощью двух отдельных аппаратов, рубильника и предохранителя. Теперь найдено целе­ сообразным объединить их конструктивно в один аппарат. Кон­ структивно это выглядит так: предохранители заменяют собой

ножи рубильника, при этом разрыв цепи происходит в двух мес­ тах, на верхних и нижних контактах. Конструкция такова, что позволяет снимать предохранитель и делать его замену. Таким образом, в этом аппарате вполне четко сочетаются возможности рубильника и предохранителя. Блоки (предохранитель-рубиль­ ник) в виде ящиков однофидерных серий ЯВЗ применяются в цепях переменного тока напряжением до 380 в на номинальные токи 100, 200, 300 а и служат для управления и защиты цепей и установок от токов перегрузки и токов короткого замыкания. Изготовляются двух- и трехполюсными и закрытого исполнения.

§6.4. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ (ВОЗДУШНЫЕ АВТОМАТЫ]

Автоматический выключатель — это коммутирующий аппарат, как правило, ручного включения, предназначенный для автома­ тического отключения цепей при возникновении в них недопусти­ мых перегрузок и токов короткого замыкания, для нечастых включений и отключений тех же цепей при нормальных условиях, для ручного пуска и отключений асинхронных двигателей с ко­ роткозамкнутым ротором и защиты их от недопустимой пере­ грузки. Воздушными они названы потому, что возникающая на их контактах дуга гасится в воздушной среде. Они применяются в сетях переменного тока напряжением до 500 в и постоянного до 3000 в. Автоматическими эти выключатели называются потому, что они снабжены автоматическими средствами отключения и защиты. По выполняемым функциям защиты автоматические вы­ ключатели разделяются на автоматы максимального и минималь­ ного тока, понижения напряжения и обратной мощности. По соб­ ственному времени отключения воздушные автоматы разделя­ ются на:

1.Нормальные — /с.откл = 0,01-^0,1 сек.

2.Селективные — /О.откл до 1 сек.

3.Быстродействующие — /с.откл^0,002-^0,008 сек.

Автоматы максимального тока (рис. 6.14, а). Эти автоматы размыкают цепь, если ток в цепи достигнет величины, превышаю­ щей заданную. Как следует из рисунка, при токе, большем уста­ новленного, электромагнит 7 преодолеет натяжение пружины 5, притянет рычаг 3—4 —5, который выйдет из зацепления с приво­ дом 2—3 и выключатель отключится пружиной 1. Регулируя натя­ жение пружины, можно отрегулировать ток срабатывания в пре­ делах 1—2 /„. Полное время отключения автомата мгновенного действия составляет 0,05—0,15 сек. Если цепь, в которой установ-

лен автомат, имеет кратковременные перегрузки, то в этом случае он должен быть снабжен максимально-токовой защитой с вы­ держкой времени, что исключит ложные срабатывания. Принци­ пиальная схема такого автомата представлена на рис. 6.14, б, где 8 — механизм выдержки времени.

Автоматы минимального тока (рис. 6.14, в) служат для от­ ключения цепей в тех случаях, если ток цепи станет меньше за­ данного тока. На рис. 6.14, в: 1 — пружина, 2 — привод, 3 — элек­ тромагнит.

Автоматы понижения напряжения (рис. 6.14, г) называются также автоматами минимального напряжения. Они отключают цепь, если напряжение сети становится ниже заданной величины. Если напряжение сети снизится до величины, ниже установлен­ ной, то электромагнит потеряет возможность уравновешивать натяжение пружины, защелка выйдет из зацепления с приводом выключателя, и он отключится. На рис. 6.14, г: 1 — защелка при­ вода, 2 — пружина, 3 — рычаг, 4 — электромагнит.

Автоматы обратной мощности (рис. 6.14,6) называются так­ же автоматами обратного тока. Катушка электромагнита 3, вклю­ ченная последовательно, создает при принятом направлении тока магнитный поток одного направления, с которым совпадает на­ правление магнитного потока катушки 2. Сила притяжения, вы­ зываемая этими потоками, достаточна для уравновешивания пру-