Короткое замыкание и предохранители

Г.

Тема урока «Аппаратура управления и защиты. Понятие короткого замыкания. Предохранители: классификация, принцип работы и применение»

Классификация аппаратуры управления и защиты

Электрическая аппаратура, применяемая в осветительных и силовых сетях для целей управления или защиты, может быть классифицирована по различным признакам.

В зависимости от природы явления, которое положено в основу действия аппаратов, их можно разделить на:

аппараты ручного управления (рубильники, переключатели, выключатели, контроллеры), действие которых происходит в результате механического воздействия на них внешних сил;

электромагнитные аппараты (магнитные пускатели, контакторы, электромагнитные реле), работа которых основана на электромагнитных силах, возникающих при работе аппарата.

В зависимости от выполняемых функций аппараты подразделяют на:

коммутационные, предназначенные для включения и отключения различных цепей. Коммутационная аппаратура может быть неавтоматического управления (рубильники, переключатели, магнитные пускатели) и автоматического управления (реле, контакторы, автоматические выключатели);

токоограничивающие и пускорегулирующие (реостаты, контролеры);

аппараты защиты электрических цепей (реле защиты, предохранители).

Аппаратура может работать в различных режимах: длительно, кратковременно или в условиях повторно-кратковременной нагрузки.

Аппараты различаются также по следующим признакам:

номинальному току и напряжению;

числу полюсов (фаз);

роду тока (постоянный или переменный);

виду присоединения (с передним или задним присоединением проводов);

способу защиты от воздействия окружающей среды (открытое исполнение, защищенное, пылезащищенное) и другим признакам.

Тема 3.2 Аппаратура управления и защиты

1 Общие сведения

Для управления электротехническими устройствами необходимо большое число различных аппаратов. В за­висимости от назначения их можно разделить на две ос­новные группы: коммутационные аппараты (высоковольт­ные выключатели, разъединители, контакторы и др.) и защитные аппараты (автоматические воздушные выклю­чатели, плавкие предохранители, различные реле и раз­рядники для защиты от перенапряжений).

Для надежной работы электрических аппаратов весь­ма важны условия осуществления контактов. Последние могут быть жесткими (неразъемными), например, при­соединения к выводам машины или аппарата, скользя­щими — между неподвижными и подвижными токоведущими частями, коммутационными — в отключающих аппаратах. Последние работают в наиболее тяжелых ус­ловиях, особенно если они должны отключать токи ко­ротких замыканий.

Отключение электрической цепи обычно не может быть мгновенным. При разрыве цепи тока неизбежно возникновение большей или меньшей ЭДС самоиндук­ции; под действием этой ЭДС совместно с напряжением сети промежуток между расходящимися контактами про­бивается и возникает электрическая дуга. Высокая тем­пература последней может вызвать быстрое разрушение или сваривание контактов. Особенно опасно действие дуги в аппаратах высокого напряжения при отключениях то­ков короткого замыкания.

2 Тепловая защита электроустановок

Провода электрических линий и электротехнические устройства должны быть защищены от превышения температуры при коротких замыканиях и длительных перегрузках.

Коротким замыканием принято называть всякое не нормальное соединение через элементы с малым сопро­тивлением между проводами или другими токоведущими частями цепи. Причиной короткого замыкания мо­жет быть случайное соединение неизолированных токоведущих частей между собой (например, соединение двух проводов воздушной линии) или повреждение изо­ляции вследствие старения, износа, пробоя и т. п. При коротком замыкании резко увеличивается ток, тепловое действие которого может вызвать разрушение изоляции и пожар. Вместе с тем часто возникают опасные электро­динамические силы взаимодействия между проводами и сильное уменьшение напряжения в сети. Следствием пос­леднего являются снижение частоты вращения и даже остановка электродвигателей и т. д.

Простейшим способом отключения аварийных участков является использование теплового действия токов короткого замыкания в приборах защиты: предохранителе с плавкой вставкой. В предохранителе от­ключающим элементом служит плавкая вставка — часть предохранителя, плавящаяся при увеличе­нии тока в защищаемой цепи свыше определенного значения. По существу это короткий участок защищае­мой цепи, относительно легко разрушаемый тепловым действием тока. Чтобы получить такую сниженную термическую стойкость, нужно увеличить сопротивление вставки, для чего ее изготовляют из материала с высоким удельным сопротивлением (например, сплава олова и свин­ца) или из хорошо проводящего металла (например, се­ребра, меди), но с малой площадью поперечного сечения. Плавление вставки не должно сопровождаться воз­никновением дуги в предохранителе вдоль размыкаемо­го участка. Следовательно, длина плавкой вставки долж­на быть выбрана с учетом напряжения питания. По этой причине на предохранителях кроме номинального тока, т. е. наибольшего тока, который он может выдержать сколь угодно долгое время, не разрушаясь, указывается также и номинальное напряжение. Номинальные токи предохранителей следует выбирать наименьшими по расчетным токам нагрузки соответству­ющих участков сети. При этом вставка не должна пла­виться при кратковременных перегрузках — пусковых токах электродвигателей и т. п.

Для защиты электротехнических установок от дли­тельных перегрузок используются тепловые реле на ос­нове биметаллических элементов, представляющих со­бой две механически скрепленные пластины из метал­лов с различными температурными коэффициентами расширения. На рисунке 3.5 показана принципиальная схема устройства теплового реле. Нагреватель 2, вклю­ченный в защищаемую цепь, своим теплом воздейству­ет на биметаллический элемент 1. При перегрузке в за­щищаемой цепи обе пластины биметаллического элемен­та, нагреваясь, удлиняются. Но одна из них удлиняется больше, вследствие чего биметаллическая пластина из­гибается вверх и выходит из зацепления с защелкой 3. Последняя под действием пружины 4 поворачивается вокруг оси 5 по направлению движения часовой стрелки и посредством тяги 6 размыкает контакты 7, отклю­чая перегруженную сеть.

Рисунок 3.5 – Схема теплового реле

Однако тепловое реле из-за значительной тепловой инерции не обеспечивает защиту от токов короткого за­мыкания. Поэтому дополнительно к тепловому реле не­обходим предохранитель с плавкой вставкой.

3 Автоматические воздушные выключатели

Предохранители с плавкой вставкой хорошо защища­ют электродвигатели и прочие промышленные электро­установки от токов короткого замыкания и недостаточно надежно от длительных перегрузок. Поэтому в цепях электротехнических установок большой мощности кроме предохранителей с плавкой вставкой устанавливается автоматическая защита.

Простейшими устройствами для автоматической за­щиты от повреждений при нарушении номинального ра­бочего режима в установках с рабочим напряжением до 1 кВ являются автоматические воздушные выключатели, часто на­зываемые просто «автоматами». Эти аппараты могут за­щищать установку не только при перегрузке. Они производят отключение цепей автоматически при нарушении нормальных рабочих условий, причем в за­висимости от типа автоматического выключателя это от­ключение производится, если определенная электричес­кая величина переходит установленное предельное зна­чение (максимальные и минимальные выключатели).. Кроме того, существует большое число автоматических выключателей специаль­ного назначения.

Наиболее распространенным автоматическим воздуш­ным выключателем является выключатель максимально­го тока (рисунок 3.6). Если ток в защищаемой цепи дости­гает предельного значения, катушка К втягивает сталь­ной сердечник С и защелка 3 освобождает пружину П: последняя разрывает контакты А цепи. Конструктивные оформления этих выключателей весьма разнообразны. Автоматические выключатели максимального тока при­меняются и в осветительных сетях жилых помещений вместо предохранителей с плавкой вставкой. Обратное включение выключателя производится вручную. Точность настройки выключателя на определенный предельный ток несравненно выше, чем при защите предохранителями с плавкими вставками, и в этом заключается одно из важ­нейших его преимуществ.

Рисунок 3.6 – Принципиальная схема автоматического выключателя

Чтобы избежать отключения установки при кратков­ременном увеличении тока, не опасном для установки (например, пускового тока двигателя), выключатели иног­да имеют устройство выдержки времени (приспособле­ние, которое обеспечивает определенный промежуток времени между воздействием тока на выключатель и моментом отключения цепи

4 Контакторы

Контакторы предназначены для частых включений и от­ключений, позволяющие включать электриче­скую цепь до 1500 раз в час. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 1000 А. Контакторы не защищают от коротких замыканий и пере­грузок и поэтому должны работать совместно с плавкими предохранителями или другими устройствами защиты.

На рисунке 3.7 показана схема работы трехполюсного контактора переменного тока. Эти контакторы изготов­ляются с числом полюсов от 1 до 5, на токи 20—600 А. Время их срабатывания, в зависимости от величины кон­тактора, лежит в продолах 0,05—0,1 сек.

На изолированной оси квадратного сечения 1, под­шипники которой для простоты не показаны, установлены подвижные рабочие контакты 2, якорь электромагнита 3 и траверса 4, для так называемых блок-контактов (блоки­ровочных контактов). На изолированной плите укреплены неподвижные рабочие контакты 6, блок-контакты 5 и ярмо 7 с обмоткой возбуждения электромагнита 8.

В положении, представленном на рисунке 3.7, рабочие контакты разомкнуты и тока в главной цепи Л1, Л2, Л3 нет. Если в катушке 8 появится ток, то якорь 3 будет притянут к ярму 7, ось 1 повернется, рабочие контакты 2 и 6 и верхние блок-контакты 5 замкнутся, а нижние блок-контакты 5 разомкнутся. По этому признаку рабочие контакты и верхние блок-контакты называются замыкающими, а нижние — размыкающими.

В цепи управления показаны две кнопки, включающая «пуск» П и отключающая «стоп» СТ. Конгакты кнопок при помощи пружин удерживаются в поло­жениях, показанных на рисунке 3.7, т. е. соответственно в разомкнутом и замкнутом. Кнопки ставятся в месте, удоб­ном для управления, независимо от расположения контак­тора и двигателя.

Пуск производится следующим образом. При замыкании кнопки П, ток идет от провода Л1, через кнопки П и СТ в обмотку электромагнита 8 и к проводу Л3. Якорь притягивается и поворачивает ось 1, при этом одновременно замыкаются рабочие контакты 2 и 6 и верхние блок-контакты 5; последние шунтируют кнопку П и позволяют отпустить ее.

Рисунок 3.7 – Схема трехполюсного контактора

Для выключения двигателя достаточно разомкнуть цепь управления, нажав кнопку СТ, и контакты отпадут под влиянием собственного веса устройства.

5 Реле

Реле называется такой элемент в цепи управления, который при достижении определенного значения управляемой величины (например, тока) срабатывает мгновенно (скачком). Такими аппаратами в рабочих цепях являются автоматы и контакторы, но реле ставятся в цепях управления где токи малы, и реле могут быть выполнены во много раз более чувствительными, чем автоматы и контакторы.

Реле предназначаются для за­щиты и управления, работают на переменном токе или постоянном, срабатывают мгновенно или с выдержкой времени и называются в этом случае реле времени. По системе исполнения они делятся на электромагнитные, индукционные, электродинамические, тепло-кые, электронные, механические и др.

Электромагнитное реле переменного тока показано на рисунке 3.8. На сердечнике 1 из листовой элект­ротехнической стали помещена обмотка 2, обтекаемая током управляемой цепи. В положении, показанном на рисунке, якорь 3, удерживается силой пружины 4 и собственным весом. Когда ток I

Рисунок 3.8 – Схема электромагнитного реле

достигает величины I1, якорь притягивается к сердечнику и замыкает контакты 5 цепи управления. В замкнутом состоянии он удержи­вается до тех пор, пока ток I не уменьшится до величины I1; якорь отпадает и контакты 5 размыкают­ся. На раздвоенном конце сердеч­ника электромагнита надето кольцо 6 для устранения вибраций реле.

6 Магнитные пускатели

Магнитными пускателями называются устройства, служащие для пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей, включаемых при полном напряже­нии сети. Они защищают двигатели при перегрузке и понижении напряжения. Для защиты от коротких замыканий ставятся предохранители.

Магнитный пускатель состоит из трехполюсного контактора, токовых, т. е. защищающих дви­гатель от перегрузки током тепловых реле и блокиро­вочных контактов, встроенных в общий ящик. Кнопки управления ставятся отдельно, обычно у производствен­ной машины. Если требуется изменять направление вра­щения двигателя, то магнитный пускатель должен содер­жать два контактора: для хода «вперед» и «назад».

Необходимо сказать, что электрические цепи в наших домах рассчитаны на определенную силу тока, и, если эта сила тока превышает определенное значение, то, конечно, электрические цепи достаточно сильно нагреваются.

Итак, темой нашего сегодняшнего урока будут следующие вопросы.

В первую очередь это, конечно, короткое замыкание. Мы сегодня поговорим о том, что такое короткое замыкание.

И второе – как от этого короткого замыкания защититься, т.е. мы будем рассматривать вопрос, связанный с предохранителями.

 

Короткое замыкание и предохранители

Мы знаем, что значение электрического тока характеризуется силой тока и, естественно, сила тока может увеличиваться в зависимости от источников тока. Как вы знаете, источник тока достаточно стабилен, он постоянен, и электрический ток в цепи уже может измениться только за счет того, что мы производим, что мы делаем с этой электрической цепью.

Итак, что может произойти?

В первую очередь, конечно, сила тока, электрический ток увеличивается в цепи за счет того, что мы подключаем очень много потребителей параллельно друг другу в электрическую цепь к источнику тока. Вы знаете о том, что, если мы будем подключать электрические сопротивления, резисторы параллельно, то в этом случае общее сопротивление электрической цепи, так сложилось, уменьшается. А раз оно уменьшается, значит, в цепи будет возрастать электрический ток.

Это первое, поэтому никоим образом нельзя включать в электрические цепи большое количество потребителей.

И второе очень важное замечание. Это то, что электрический ток может увеличиться, если произойдет в результате ремонта или какой-то случайности соприкосновение оголенных проводов. В этом случае тоже резко возрастает электрический ток в цепи.

А последствия этого увеличения уже следующие. Как только нарастает электрический ток, тут же плавится проводка, обмотка этих проводов и, соответственно, возникает пожар. Поэтому говорить о том, что будет происходить, если увеличивается электрический ток в цепях уже смысла нет. Все об этом знают. Все понимают, что в этом случае как раз и будет происходить короткое замыкание.

Короткое замыкание – это ситуация, когда два коснувшихся рядом провода приводят к тому, что электрическое сопротивление на данном участке резко уменьшается там, где соприкоснулись эти провода. И, соответственно, если уменьшается электрическое сопротивление, возрастает сила тока. Вот это как раз и приводит к очень мощному нагреванию данного участка.

 

 

Обращаю ваше внимание, что короткое замыкание или, можно сказать еще, включение потребителей – одна сторона вопроса. И вторая сторона, конечно, заключается в том, как себя от этого обезопасить.

И здесь вступает в дело предохранитель.

Что такое предохранитель?

В данном случае мы должны понимать, что предохранитель выполняет функцию защиты электрической цепи от изменения электрического тока. Если в цепь будет включен такой предохранитель то, естественно, он должен, каким-то образом отключить изменение электрического тока, уменьшить его значение таким образом, чтобы все, что у нас включено, все приборы и сама электрическая цепь осталась невредимыми.

Как это делается?

В первую очередь необходимо сказать о таком приборе, как плавкий предохранитель. Само слово «плавкий» говорит о том, что он расплавляется. Он устроен достаточно просто. Это, как правило, тонкая стеклянная или керамическая трубочка, внутри которой проходит тонкий провод, присоединенный к двум концам. Когда электрический ток, протекая, включается этот элемент последовательно в электрическую цепь и когда электрический ток повышается, соответственно, увеличивается количество теплоты, и этот волосок, находящийся внутри такого корпуса, расплавляется. Поэтому называется плавким. Цепь, таким образом, размыкается и, соответственно, уже никакого короткого замыкания, никакого пожара быть не может.

Кроме этого, можно сказать и о том, что такой предохранитель можно поставить не только на электрической цепи, там, где электрическая цепь подключается к нашим сетям, но и в приборах, и таким образом мы можем обеспечить двойную защиту и самой электрической цепи, и наших приборов.

И если один из приборов вышел из строя, то вся электрическая цепь останется невредимой.

Кроме плавких предохранителей существуют еще и предохранители, которые работают на расширении тел, т.е. достаточно часто на сегодняшний день встречаются такие предохранители, которые размыкают электрическую цепь автоматически тогда, когда в ней повышается электрический ток. Если ток повысился, значит, соответственно, элемент данного предохранителя нагрелся, он расширился, и автоматически происходит разрыв в цепи.

 

Обращаю ваше внимание, что все предохранители, какие бы они ни были, обозначаются одним и тем же способом.

Это прямоугольник, через который пропускается проводник.

Обращаю ваше внимание на то, что в данном случае подчеркивается, что этот проводник изолирован, т.е. он тонкий, и он достаточно хорошо проводит электрический ток. Но разрушается, как только электрический ток в нем повышается. Вот это и есть плавкий предохранитель. Это обозначение предохранителя на схемах. Вот так он и устроен.

Обращаю также ваше внимание на то, что предохранители, которые используются в современных электрических цепях, конечно, имеют самое разное устройство, но принцип один: как можно быстрее сработать по увеличению электрического тока. Увеличился электрический ток – он тут же должен сработать на размыкание цепи.

Можно сказать и то, что на сегодняшний день уже обеспечивается многократная защита электрических цепей, и можно говорить о том, что эта защита на разных участках расположенная дает возможность защитить электрические цепи в крупном масштабе. Там, где срабатывают такие системы, они не дают возможности повреждения схем электрических в домах, в квартирах или, может быть, даже в целом районе.

Можно сказать еще такую довольно любопытную вещь про предохранители. Предохранители на сегодняшний день, как правило, это предохранители уже многоразовые, т.е. сами по себе плавкие предохранители все-таки используются уже достаточно редко. Хотя они встречаются еще и довольно часто. В настоящее время такие предохранители стараются использовать меньше. Всех интересует именно предохранитель такой, который будет многоразовым, т.е. его поставил один раз, и он уже на долгое время сохраняет свою деятельность.

В заключение сегодняшнего урока мне бы хотелось отметить еще и то, что в любом случае человек, сам являясь проводником, должен очень осторожно и аккуратно обращаться с электрическими цепями.

И хотя соблюдается полная защита, вот предохранители и разные схемы предохранения, тем не менее, удар электрическим током может быть достаточно серьезным. И оголенная электрическая цепь очень опасна.

---

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 150; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!