Аппараты распределительных устройств низкого напряжения

Рубильники и переключатели

Рубильники и переключатели являются ручными неавтоматическими аппаратами управления. Рубильники выполняются в виде одно-, двух- и трехполюсных аппаратов и служат для включения и отключения, а переключатели — и для переключения электрических цепей при номинальных токах и напряжениях, а также для оперативных действий без нагрузки.

По способу управления рубильники и переключатели бывают с центральной рукояткой — для установки на лицевой стороне распределительных щитов; с рычажным приводом — для установки на каркасе за распределительным щитом. Управление рубильниками и переключателями с рычажными приводами осуществляется с лицевой стороны щита.

Рубильники с центральной рукояткой допускают отключение своего номинального тока при номинальном напряжении до 220 в. При более высоких напряжениях эти рубильники применяют для разрыва электрической цепи только при отсутствии в ней тока нагрузки, в качестве низковольтных разъединителей.

 

 

Подвижный контакт – нож 1 вращается в шарнирной стойке 2. При размыкании цепи между ножом и неподвижным контактом стойки 3 загорается дуга. Гашение дуги происходит за счет механического удлинения дуги двигающимся ножом.

При помощи рубильников с рычажными приводами можно отключить номинальные токи при номинальных напряжениях 220 в постоянного тока и 380 в переменного тока. В электроустановках напряжением выше 380 в рубильники с рычажными приводами используют только в качестве разъединителей.

Переключатель имеет две системы неподвижных контактов и три коммутационных положения. В среднем положении ножей цепи разомкнуты.

Пакетные выключатели и переключатели являются малогабаритными коммутационными аппаратами с ручным приводом, которые служат для одновременного управления большим числом цепей. Пакетные выключатели и переключатели используются для нечастых коммутаций в цепях с небольшой мощностью.

Предохранители

Общие сведения

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ, посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превы­шающего определенное значение, с последующим гашением воз­никающей электрической дуги. Их изготавливают низковольтными и высоковольтными.

Основными элементами предохранителя являются: плавкая вставка, включаемая последовательно с защищаемой цепью, и дугогасительное устройство.

Плавкая вставка предохранителя обычно представляет собой стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода.

Основной характеристикой предохранителя является время-токовая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы время-токовая характеристика предохранителя 1 во всех точках шла немного ниже характеристики защищаемой цепи или объекта 2.

Однако реальная характеристика предохранителя 3 пересекает кривую 2. Если характеристика предохранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. Поэтому ток плавления вставки выбирается больше номинального тока нагрузки.

При небольших перегрузках (1,5-2) I _ном нагрев предохранителя протекает медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде. Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется пограничным током I _погр. Для того, чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токе I _ном, необходимо чтобы I _погр > I _ном. При токах, близких к пограничному, температура плавкой вставки должна приближаться к температуре плавления. Время плавления вставки при пограничном токе велико (более 1 ч) и температура плавления ее материала составляет много сотен градусов Цельсия, все детали предохранителя нагреваются до высоких температур. Происходит тепловое старение плавкой вставки.

При плавлении вставки пары металла ионизируются в возникающей дуге благодаря высокой температуре. Из-за большого объема вставки количество паров металла в дуге велико, что затрудняет ее гашение и уменьшает предельный ток, отключаемый предохранителем. Из-за этих особенностей вставок из легкоплавких металлов широкое распространение получили медные (Θ_пл = 1083 °С) и серебряные (Θ_пл = 961 °С) плавкие вставки. Для уменьшения температуры плавления плавкой вставки на тонкую медную проволоку наносится шарик из олова. При нагреве вставки сначала плавится олово (Θ_пл = 232 °С). В месте контакта олова с проволокой начинается растворение меди и уменьшение ее сечения. Это вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех пор, пока медная проволока не расплавится в точке расположения оловянного шарика. Возникшая при этом дуга расплавляет проволоку на всей длине. Температура плавления вставки при этом снижается до 280 °С. Температура медной вставки при токе, близком к номинальному, должна быть значительно ниже температуры плавления (из-за теплового старения, когда сечение вставки уменьшается). Поэтому сечение плавкой вставки завышают (увеличивается отношение I _погр/ I _ном примерно до 1,8).

У легкоплавких материалов эксплуатационная температура ближе к температуре плавления, что позволяет снизить отношение I _погр/ I _ном до 1,2-1,4.

Серебряные плавкие вставки не подвержены тепловому старению, у них можно выбрать любое отношение I _погр/ I _ном.

Если ток, проходящий через вставку, в 3-4 раза больше номинального, то процесс нагрева идет практически адиабатически (все тепло идет на нагрев вставки).

Ток, который предохранитель может отключить при КЗ называется предельным током отключения.

Сплошными линиями показаны характеристики предохранителей ПН2 (разборные с наполнителем), штриховыми линиями – предохранителей НПН (неразборные с наполнителем).

Конструкции предохранителей

Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме.

Рисунок а) – предохранитель от 15 до 60 А.

Рисунок б) – предохранитель более 60 А.

Рисунок в) – конструкции плавких вставок.

1 – плавкая вставка, которая прижимается к латунной обойме колпачком;

2 – контактные ножи;

3 – фибровый цилиндр;

4 – латунная обойма;

5 – колпачок;

6 – диски, жестко связанные с контактными ножами, крепятся к обойме патрона с помощью колпачков.

Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при КЗ и улучшают условия гашение дуги.

Предохранители работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстоянии друг от друга.

Пример таких предохранителей – предохранители типа ПР-2.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем.

Например, предохранители ПН-2.

1 – корпус квадратного сечения;

2 – ленточные медные плавкие вставки;

3 – кварцевый песок SiO₂;

4 – диски, к которым привариваются плавкие вставки;

5 – пластины, которые крепятся к корпусу винтами;

6 – асбестовая прокладка для герметизации патрона;

7 – оловянные полоски для снижения температуры плавления;

8 – сужения плавких вставок;

9 – ножевые контакты.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с дисками заменяются, после чего патрон засыпается песком.

Типоисполнение	Номинальный ток предохранителя, А	Номинальный ток плавкой вставки, А	Предельная отключающая способность, кА
			На переменном токе при Uном=380 В	На постоянном токе при Uном=220 В
ПН-2-100	100	31,5; 40; 50; 63; 80; 100	100	100
ПН-2-250	250	80; 100; 125; 160; 200; 250
ПН-2-400	400	200; 250; 315; 355; 400	40	60
ПН-2-600	630	315; 400; 500; 630	25	40

Предохранители с жидкометаллическим контактом.

1 – электроизоляционная трубка с капилляром для жидкого металла;

2 – жидкий металл;

3 и 4 – электроды;

5 – корпус;

6 – уплотнитель;

7 и 8 – демпфирующее устройство.

При нагревании жидкий металл испаряется, образуется паровая пробка и электрическая цепь размыкается. После определенного времени пары металла конденсируются и контакт восстанавливается.

Быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов.

Обычные типы предохранителей не обеспечивают защиту полупроводниковых приборов при КЗ. Конструктивно быстродействующий предохранитель представляет собой корпус из прочного фарфора, внутри которого расположены плавкие вставки и кварцевый песок под большим давлением.

Плавкая вставка таких предохранителей имеет большое число перешейков (для образования ряда последовательно включенных дуг). Для улучшения охлаждения плавкая вставка предохранителей с небольшим номинальным током выполняется из ленты толщиной 0,05-0,2 мм, а при больших токах – имеет несколько параллельных ветвей.

Например, предохранители ПП-57. Номинальные токи: 25-800 А. Номинальные напряжения: постоянного тока 220-2000 В, переменного тока 160-1000 В. Отключающая способность до 125 кА переменного тока; до 1000 кА постоянного тока.

Блоки предохранитель-выключатель.

Предназначены для нечастых включений и отключений силовых электрических цепей без нагрузки напряжением до 1000 В переменного тока частотой 50 Гц и для защиты цепей от токов перегрузки и токов короткого замыкания.

Блоки устанавливаются в устройствах распределения электрической энергии, в том числе в низковольтных комплектных устройствах (щитах, сборках, шкафах и т.п.).

Например, ЯБПВУ-1 М У3 100А, с предохранителями ПН-2. Номинальное напряжение 380 В переменного тока частотой 50 Гц. Номинальный ток ящика 100 А. Степень защиты IP54. Климатическое исполнение У3.

Выбор предохранителей

Номинальный ток отключения предохранителя должен быть не менее максимального тока КЗ в месте установки. Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному напряжению сети.

Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.

Предохранитель не должен отключать нагрузку при токах, которые являются эксплуатационными, например при пуске. Длительность пуска зависит от характера нагрузки и может достигать 10 с. В плавких вставках не должно происходить старения при воздействии этих токов.

Номинальный ток вставки выбирается по пусковому току нагрузки:

где I_п – пусковой ток.

При большой длительности пуска или в повторно-кратковременном режиме плавкую вставку выбирают с большим запасом:

Если предохранитель стоит в линии питающей несколько двигателей:

где I_р – расчетный номинальный ток линии;

I_п, I_ном.дв. – пусковой и номинальный ток для двигателя, у которого эти токи наибольшие.

Для двигателя с фазным ротором, если :

Выбор по условиям КЗ.

Допускается применение предохранителей при кратности:

где I_к – ток КЗ у двигателя.

Выбор по условию селективности.

Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранителей.

Предохранитель FU1, пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель FU2, установленный у одного из потребителей. При КЗ необходимо, чтобы повреждение отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику должны остаться работоспособными. Такая согласованность работы предохранителей называется избирательностью или селективностью.

Для обеспечения селективности наименьшее фактическое время срабатывания предохранителя FU1 должно быть больше наибольшего времени срабатывания предохранителя FU2. Время срабатывания предохранителя из-за производственных допусков может отклоняться от номинального на ±50%.