Лабораторна робота №1 - запобіжники
Лабораторна робота №1
Мета роботи: вивчення конструкцій і принципу дії основних типів запобіжників до 1000 В і вище 1000 В.
1. Теоретична частина.
1.1 Загальні відомості про запобіжниках.
Запобіжник являє собою однополюсний комутаційний апарат, призначений для захисту електричних ланцюгів від надструмів (струми перевантаження і струми КЗ). Дія його заснована на плавленні струмом металевої вставки невеликого перерізу і гасінні утворилася дуги. В захищається ланцюг запобіжник включається послідовно.
а) простота пристрою і низька вартість;
б) швидке відключення ланцюга при КЗ;
в) здатність деяких запобіжників обмежувати струм КЗ.
Основними параметрами запобіжників є номінальні значення напруги і струмів. Номінальний струм запобіжника повинен відповідати найбільшому току плавкою вставки, яка може бути в ньому встановлена.
Під номінальним струмом запобіжника слід розуміти струм, на який розраховані його струмопровідні частини, а під номінальним струмом плавкої вставки - струм, на який розрахована сама вставка. Він може відрізнятися від номінального струму запобіжника. Номінальний струм запобіжника дорівнює найбільшому з номінальних струмів плавких вставок, призначених для даної конструкції запобіжника.
Протікання струму, що перевищує найменший випробувальний струм, призводить до перегорання плавкої вставки. Найменший випробувальний струм перевищує струм плавкої вставки в 1,3 ... 1,5 рази. Вибір плавких вставок, що забезпечують селективність захисту мережі, проводиться по времятоковой характеристиці вставок (рис. 1).
Малюнок 1. - Захисна (времятоковая) характеристика запобіжника при різних номінальних токах плавкою вставки.
Між джерелом енергії і споживачем зазвичай встановлюють кілька запобіжників, які повинні відключати пошкоджені ділянки по можливості селективно. Під селективним дією запобіжників розуміється вибірковість до струмів короткого замикання. Першим повинен перегоріти запобіжник, який розташований ближче до точки короткого замикання з боку джерела живлення.
За характерними ознаками запобіжники діляться:
по здатності обмежувати струм при відключенні - на токоограничивающие і нетокоогранічівающіе;
за способом гасіння дуги - на що забезпечують гасіння дуги за рахунок її тісного контакту з дрібнозернистим наповнювачем і на забезпечують гасіння дуги за рахунок генерування газів при впливі дуги на твердий матеріал корпусу і подальшого вихлопу цих газів;
за діапазоном струмів відключення:
- клас 1 - від одногодинного струму плавлення до номінального струму відключення (запобіжники загального значення);
- клас 2 - від нормованого струму відключення, що перевищує одночасовой ток плавлення, до номінального струму відключення (запобіжники для роботи спільно з комутаційними апаратами).
Захисної характеристикою запобіжника є времятоковая характеристика, т. Е. Залежність часу плавлення вставки від діючого значення струму. Як видно з малюнка 1, у міру збільшення номінального струму плавкої вставки характеристики зміщуються вправо, тобто запобіжник надійно захищає об'єкт при великих перевантаженнях. При малих перевантаженнях його функції виражені слабше. Значення струму, при якому вставка запобіжника плавиться протягом 1 ч. Має бути більше 150% і менше 200% номінального струму вставки.
При токах, що перевищують струм спрацьовування запобіжника, плавкахвставка повинна перегоріти в найкоротший час. Щоб досягти різкого скорочення часу плавлення вставки зі збільшенням струму, застосовують такі способи:
1) надають плавкою вставці спеціальну форму (виконують у вигляді
пластинки з вирізами, що зменшують її перетин на окремих ділянках);
2) використовують металургійний ефект (напоюють невеликі
олов'яні кульки на плавку вставку, виконану у вигляді дроту).
Розглянуті способи прискорення перегорання вставки при токах перевантаження і КЗ призводять до суттєвого гідності плавких запобіжників - струмообмежувального дії. Плавкахвставка перегорає значно раніше, ніж струм ланцюга при КЗ встигає досягти сталого значення (штрихова лінія) (рис. 2). Таким чином, величина струму КЗ обмежується в 2 ÷ 5 разів і тим самим знижується руйнівну дію електродинамічних сил.
Малюнок 2. - струмообмежувального ефект запобіжників:
а) при постійному струмі;
б) при змінному струмі
Найбільший струм, який запобіжник може відключити без будь-яких пошкоджень або деформацій, що перешкоджає його подальшій роботі після зміни плавкої вставки, називають граничним струмом відключення запобіжника.
^ 1.1.1 Запобіжники до 1000 В.
В установці змінного і постійного струму з напругою до 1 кВ плавкі запобіжники застосовують для захисту ліній, електродвигунів та інших приймачів електроенергії від дії струмів КЗ і перевантаження.
Запобіжники з закритими розбірними патронами типу ПР-2 виготовляються на номінальні струми 15 ÷ 1000 А (рис. 3). Патрон запобіжника складається з фібрової трубки 2 з латунними контактними власниками 1. закріплюють контактних ножів 4. до яких приєднується плавкахвставка 3. Для відводу надлишкового тепла в місці з'єднання плавкою вставки і ножа встановлена масивна мідна шайба 5. запобігає довільний поворот контактних ножів. Патрон вставляють в нерухомі контактні стійки, закріплені на ізольованій плиті.
Малюнок З - Запобіжник типу ПР-2:
а) конструкція запобіжника;
б) форма плавких вставок;
1 - контактні власники, 2 - фіброва трубка, 3 - плавкахвставка, 4 - контактний ніж, 5 - мідна шайба
Плавкі вставки виготовляються з цинку у вигляді пластини з вирізами. На звужених ділянках виділяється більше тепла, ніж на широких, але при номінальному режимі надлишкове тепло, завдяки теплопровідності цинку, передається широким частинам, тому вся вставка має приблизно однакову температуру.
При перегорання плавкої вставки від дії протікають струмів КЗ і перевантаження утворюється електрична дуга. В основу гасіння дуги закладений принцип поділу її на частини - розриви, що забезпечується самою конструкцією вставки. Нагрівання вузьких ділянок йде швидше, ніж широких. Вставка перегоряє у всіх звужених місцях. Широкі частини під власною масою падають вниз патрона, покращуючи ефективність розриву електричної дуги.
Висока температура електричної дуги, впливаючи на стінки фібрового патрона, викликає утворення газів. Тиск газів до 4 ... 8 МПа сприяє швидкому охолодженню і гасіння електричної дуги. Перевагою запобіжників є простота зміни згорілої вставки.
Запобіжники типу ПН-2 виконуються на номінальні струми 100 ... 600 А (рис. 4), широко застосовуються для захисту силових ланцюгів до 500 В змінного і 440 В постійного струму.
Малюнок 4.-Запобіжник ПН-2:
1 - корпус, 2 - кришка, 3 - контактні ножі, 4 - плавкахвставка, 5 - прорізи, 6 - кульки
Корпус ^ 1 фарфоровий, квадратний, має отвір для гвинта для гвинтів, за допомогою яких кріпляться кришка 2 з контактними ножами 3. плавкахвставка 4. приварена до шайб ножів.
Корпус заповнений наповнювачем - сухим кварцовим піском і герметично закритий кришками з азбестовими прокладками. Плавкі вставки виготовлені з тонких мідних стрічок товщиною 0,15 ... 0,35 мм і шириною до 4,4 мм; на вставці зроблені прорізи 5. зменшують перерізу вставки в два рази. Для зниження температури плавлення центральній частині використовується металургійний ефект - на смужки міді напаиваются кульки - 6. температура плавлення в цьому випадку не перевищує 475С.
Металургійний ефект полягає в тому, що багато легкоплавкие метали (олово, свинець) здатні в розплавленому стані розчиняти деякі тугоплавкі метали (мідь, срібло). Для прискорення плавлення вставки при перевантаженнях і струмах КЗ на дроту напаиваются невеликі олов'яні кульки. Коли температура вставки досягає температури плавлення олова, кулька розплавляється і розчиняє частину металу, на якому він напаяний. Відбувається місцеве збільшення опору вставки і зниження температури плавлення металу в цьому місці. Вставка 6 перегорає в тому місці, де був наплавлені кульку. При цьому температура всієї вставки виявляється набагато нижче температури плавлення металу, з якого вона виконана. У номінальному режимі кульку практично не впливає на температуру нагрівання вставки.
Цей спосіб отримання необхідної (захисної) характеристики може застосовуватися при тонких вставках, наприклад, діаметром кульки 1 мм для дротів 0,3 мм і діаметром кульки 2 мм, при більш товстих дротах. При зростанні діаметра вставки металургійний ефект різко знижується і практично не позначається. Застосування металургійного ефекту дозволяє значно зменшити струм спрацьовування запобіжника при незмінному номінальному струмі, тому що номінальний струм буде залежати тільки від перетину плавкою вставки.
При перегорання вставки електрична дуга гаситься в вузьких щілинах кварцового піску. Для зменшення ефекту струмообмеження і, отже, перенапруг використовуються прорізи на плавкою вставці (вузькі місця), згораючи в яких дуга розділяється на частини. Запобіжники НПН подібні ПН, але мають нерозбірний патрон без контактних ножів і розраховуються на струми до 60 А. Граничний відключається струм в запобіжниках ПН-2 досягає 60 кА.
^ 1.1.2 Запобіжники вище 1000 В.
Високовольтні запобіжники типу ПК, ПКТ і стріляли типу ПСН мають те ж призначення, що і запобіжники до 1000 В і призначені для захисту силових трансформаторів, повітряних і кабельних ліній, конденсаторів, електродвигунів і трансформаторів напруги від струмів КЗ і перевантаження.
Запобіжники серії ПК (запобіжник кварцовий), ПКТ (запобіжник кварцовий, трансформаторний) виконуються на напруги 6 ... 35кВ і номінальні струми 7,5 ... 3000 А (рис. 5).
Конструкція являє собою круглий патрон ^ 1. виготовлений з порцеляни або скла, армований латунними ковпаками 2. Усередині корпусу поміщена плавкахвставка 5 у вигляді однієї або декількох паралельно включених тонких мідних дротів, виготовлених частіше з посрібленою міді і намотаних на керамічний сердечник (на ток 7 , 5 А) або виконаних спірально (на великі струми). Корпус (трубка) заповнений кварцовим піском 4. герметично закритий кришкою. Довжина патрона визначається номінальною напругою. Спрацьовування запобіжника визначається за вказівником 7 після перегорання сталевий натяжна вставки 6. Для зниження перенапруги (час спрацьовування запобіжника - 0,008 с.) Штучно затягується гасіння електричної дуги шляхом застосування вставок ступеневої перетину по довжині, паралельно основним робочим вставкам включають допоміжні вставки з іскровими проміжками. Останньою перегорає сталева вставка покажчика, сигналізуючи про спрацювання запобіжника.
Малюнок 5-Запобіжник типу ПК-10:
1 - круглий патрон, 2 - латунні ковпаки, 3 - кульки олова, 4 - кварцовий пісок, 5 - плавкахвставка, 6 сталева натяжна вставка, 7 - покажчик
Запобіжники серії ПКТ, що застосовуються для захисту вимірювальних
трансформаторів напруги, по конструкції подібні ПК, але мають одну константовую вставку, намотану на керамічний сердечник. Мале перетин вставки забезпечує швидке спрацьовування, але при цьому утворюється значний струмообмежувальним ефект. Різновидом запобіжників ПК є запобіжник типу ПКУ (посилений з великою потужністю відключення).
Застосування паралельних плавких вставок (при великих токах) дозволяє при тому ж сумарному поперечному перерізі вставок краще використовувати обсяг наповнювача, тим самим поліпшити умови охолодження вставок.
Запобіжники серії ПСН (запобіжник стріляє, зовнішньої установки) виконуються на напруги 10, 35, 110 кВ і номінальні струми 50 ... 100 А (рис. 6). Цей вид запобіжників відноситься до запобіжників з автогазовий гасінням дуги.
Основною частиною запобіжника є газогенеруючих труба ^ 4. виконана з вініпласту. Усередині труби розташований гнучкий провідник 2. з контактним наконечником 3. з'єднаний з плавкою вставкою 1. патрон запобіжника кріпиться до опорного ізолятора 6.
При перегорання плавкої вставки і дії високої температури дуги на внутрішні стінки труби відбувається бурхливий газоутворення. Пружинний контакт запобіжника, з'єднаний з наконечником 5. викидає гнучкий провідник з каналу труби. Електрична дуга розтягується до критичної довжини і гасне за рахунок автогазовий дуття. Спрацьовування супроводжується звуковим ефектом - пострілом. Утворений повітряний проміжок забезпечує ізоляцію в місці розриву.
Запобіжники ПСН встановлюються у відкритих РУ для захисту силових трансформаторів від струмів КЗ.
Малюнок 6-Запобіжник типу ПСН-35:
1 - плавкахвставка, 2 - гнучкий провідник, 3 - контактний наконечник, 4 - газогенеруючих труба, 5 - наконечник, 6 - опорний ізолятор
1.1.3 Вибір плавких запобіжників.
При виборі плавких вставок керуються такими умовами:
Номінальна напруга запобіжника має відповідати номінальній напрузі установки.
Номінальний струм вставки повинен бути обраний так, щоб вона не розплавилася в обважнення режимі, коли робочий струм має найбільше значення. Вставка не повинна плавитися в перехідних режимах, коли кидки струму в середньому досягають 8. 10 I ном. Трансформатора, що включається в роботу. Номінальний струм вставки повинен бути обраний так, щоб забезпечити вибірковість відключення при КЗ.
Номінальний струм відключення запобіжника не повинен бути менше періодичної складової струму КЗ.
Значення найбільшого миттєвого струму, що пропускається
струмообмежуючими запобіжниками, не повинно перевищувати
допустимих струмів апаратів в захищається частини мережі.
Необхідно забезпечити селективність дії запобіжників.
Таблиця 1.1. - Типи запобіжників
Номінальний струм плавкої вставки