Устройство защитного отключения - дифференциальное реле

В общем, дифференциальное реле - это аппарат, который контролирует ток и в фазном и в нулевом проводнике. При нормальных условиях, ток в фазном и нулевом проводниках должен быть одинаковым. Если ток фазного проводника отличается от тока в нулевом проводнике, дифференциальное реле тут же, за мгновение разорвет цепь. Для чего это делается? Дело в том, что разница токов в проводниках возникает при ненормальной ситуации. Если ток в этих проводниках отличается, это значит, что часть тока куда-то утекает. Эта часть называется током утечки. Утечка тока возникает, если изоляция проводников нарушена, или произошел несанкционированный контакт с токоведущими частями проводника, а значит, становится возможным поражение человека электрическим током.

Опасным для жизни принято считать ток, больший, чем 30 мА. Поэтому, дифференциальные реле размыкает цепь, если ток утечки достигает величины 30 мА. Но такое дифференциальное реле защищает от поражения электрическим током при косвенном прикосновении. Дифференциальное реле с номинальным током утечки 10 мА защищает от поражения электрическим током и при косвенном прикосновении и при прямом непреднамеренном прикосновении к токоведущим частям. Эти реле, с номинальными токами утечки 10 и 30 мА применяются в групповых электрических сетях. Такие реле, не смотря на их немалую стоимость, не стоит ставить одно для защиты всей квартиры, т.к. при утечке в одной из групп будет отключаться вся квартира, а это не очень удобно. Кроме того, будет не понятно, где происходит утечка. Поэтому такие реле нужно ставить на каждую из групп. Для защиты всей электроустановки промышленностью выпускаются реле с номинальным током утечки 300 мА. Такие реле, как правило, четырех контактные и предназначенные для применения в трехфазных электрических сетях.

Таким образом, дифференциальные реле применяются исключительно для защиты от поражения электрическим током.

 

Аппараты распределительных устройств

низкого и высокого напряжения.

 

I. Рубильники и переключатели.

 

Рубильник – предназначен для ручного включения и отключения электрических цепей с постоянным напряжением до 440В и переменным до 500В.

 

Переключатель – в отличии от рубильника имеет 2 системы неподвижных контактов и 3 коммутационных положения. В среднем положении контакты переключателю разомкнуты. В каждом положении происходит фиксация контактов.

 

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 (токи до 400А постоянное напряжение до 220В, переменное напряжение до 380В).

Они применяются как аппараты распред-устройства и в цепях автоматики.

Также применяются для пуска и реверса двигателей и переключения схемы соединения обмоток двигателя со звезды на треугольник.

В трёхфазном рубильнике при размыкании цепи между ножом и неподвижным контактом загорается дуга. Гашение дуги постоянного тока (до 75А) происходит за счёт механического удлинения дуги двигающимся ножом.

Рубильник не рекомендуется применять при коммутации больших токов нагрузки.

При отключении переменного тока дуга гасится за счёт возникновения электрической прочности.

 

Конструкция рубильников и переключателей.

 

Рубильники выпускаются в одно-, двух- и трёх-полюсном исполнении.

3-х полюсный рубильник состоят:

1.Рычажный привод (м.б. центральный и боковой);

2.Небольшая Дугогасительная камера;

3.Ножи.

 

При токе больше 100А в рубильники устанавливается несколько параллельных контактных пар.

В пакетном выключателе или переключателе каждый коммутируемый полюс конструктивно оформлен в виде отдельного элемента (пакета).

Марки переключателей:

ПКВ (пакетный кулачковый выключатель) число пакетов в нём может достигать 8.

ПВМ (пакетный выключатель механический).

 

Выключатель серии ПВМ имеет специальные фибровые пластины. Гашение дуги обеспечивается за счёт соприкосновения с фибровыми стенками, из которых выделяется газ. Давление внутри пакета повышается, что ведёт к гашению дуги.

 

II. Предохранители.

 

- это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов перегрузок и токов К.З.-ия.

Основными элементами предохранителей являются:

1.Плавкая вставка, включаемая последовательно с защищаемой цепью;

2.Дугогасительная камера.

 

Требования, предъявляемые к предохранителям:

1.Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого устройства.

2.Времясрабатывание предохранителя при К.З.-нии д.б. минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов.

3.При К.З.-нии предохранители должны обеспечивать селективность защиты.

4.Характеристики предохранителя д.б. стабильными, а разброс их параметров не должен нарушать надёжность защиты.

5.В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.

6.Конструкция предохранителя должна обеспечивать быструю и удобную замену плавкой вставки при её перегорании.

 

Особенности плавких вставок из легкоплавких металлов:

Процесс работы предохранителя:

На тонкую медную проволоку наносится шарик из олова. При нагреве вставки сначала плавится олово (t^o плавления 232^оС). В месте контакта олова с проволокой начинается растворение меди и уменьшение её сечения. Это вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех пор, пока медная проволока не расплавится в точке в точке расположения оловянного шарика. Возникшая при этом дуга расплавляет медную проволоку по всей длине.

 

Недостатки медной плавкой вставки:

При длительной работе и высокой температуре медная вставка интенсивно окисляется, сечение вставки постепенно уменьшается, что может привести к перегоранию вставки при номинальных токах.

Существуют серебряные плавкие вставки, которые не подвержены тепловому старению.

 

Предохранители с мелкозернистыми наполнителями. Тип ПН-2.

 

Корпус квадратного сечения изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки и наполнитель – кварцевый песок. Плавкие вставки привариваются к диску который крепится к пластинам, связанными с ножевыми контактами. Пластины крепятся к корпусу винтами.

Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения. Плавкая вставка разделена на 3 параллельных ветви для более полного использования наполнителя.

Гашение дуги происходит за несколько миллисекунд.

Выпускаются на номинальный ток до 630А.

 

Выбор предохранителей.

 

1.Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.

Температура нагрева предохранителя не должна превышать допустимых значений.

Для этого патрон и плавкая вставка выбираются на номинальный ток равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки. Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными.

 

Особенности предохранителей:

Если пуск длится 1 секунду, то среднее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 токоплавления вставки за это же время. Таким образом пусковой ток связан с током вставки соотношением:

(пл.вст. - плавления вставки).

Выбор номинального тока вставки по пусковому току нагрузки:

Для тяжёлых условий пуска (привод центрифуги) или в повторно-кратковременном режиме работы двигателя, вставки выбирают:

(Iп – пусковой ток двигателя).

Если предохранитель стоит в линии питающей несколько двигателей, плавкую вставку выбирают:

где Iр – расчётный номинальный ток всей линии, равный сумме номинальных токов двигателей; Iн.дв.- номинальный ток двигателя; – разность берётся для двигателя у которого она наибольшая.

 

Для двигателя с фазным ротором, если пусковой ток меньше или равен 2 номинальным токам двигателя плавкую вставку можно выбирать по условию:

Для двигателей работающих в повторно-кратковременном режиме за номинальный принимается ток в режиме ПВ=25%.

 

На ряду с проверкой вставки по условиям пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить проверку по условиям К.З.-ния.

При: , то время перегорания вставки не превышает 0,2 секунды.

Однако это требование часто не удаётся соблюсти т.к. кратность тока К,З,-ния и номинального тока вставки также определяется мощностью питающего трансформатора и сопротивлением токопроводящих проводов и кабеля. Поэтому допускается применение предохранителей при кратностях:

, но при такой кратности время срабатывания предохранителя может достигать 15 секунд, что создаёт опасность при прикосновении к токоведущим частям и выгоранию изоляции.

При такой кратности предохранители устанавливаются в крайних случаях, когда возгорание проводников не грозит пожаром.

 

Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно номинальному напряжению сети.

	Номинальный ток двигателя: М1=3,7А; М2=5,8А; М3=38А; М4=9,4А; М5=21,5А.
Кратность пускового тока: М1=6; М2=5,5; М3 и М4 = 6; М5=4,5.
Пусковой ток двигателя: М1=22,2А; М2=31,9А; М3=228А; М4=56,5А; М5=96,8А.
Двигатель М1 лёгкий пуск.
Двигатель М3 тяжёлый пуск.
Двигатели М2, М4, М5 запускаются одновременно, пуск лёгкий.
Выбрать номинальный ток плавкой вставки (расчёт).
- тяжёлый пуск.
- лёгкий пуск.

 

Высоковольтные предохранители.

 

Назначение, предъявляемые требования.

 

При напряжении выше 3 кВ и частоте f=50Гц применяются высоковольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой вставки протекает так же, как в низковольтных предохранителях.

Требования:

Длительность плавления вставки должно быть менее 2-х часов при токе перегрузки 2I_НОМ. и более 1-го часа при токе перегрузки 1,3 I_НОМ.

Чаще всего применяются для защиты трансформаторов от токов К.З.-ия.

Ток текущий через предохранитель в номинальном режиме не превышает доли Ампера.

В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 минуте при токе

В связи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги усложняется, поэтому, изменяются габаритные размеры и конструкция высоковольтных предохранителей.

Получили распространение предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.

 

Предохранители с мелкозернистым наполнителем.

 

Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях

(например: кварц).

Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берётся малого диаметра.

Возможен расчёт длинны плавкой вставки (в метрах):

где U_Н – номинальное напряжение предохранителя (в кВ).

 

Предохранители типа ПК.

 

На напряжение 6-10 кВ содержат фарфоровый цилиндр, армированный по торцам латунными колпаками. Наполнитель в виде песка засыпается через отверстие в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой.

В предохранителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка наматывается на керамический рифленый каркас. Это позволяет увеличить длину плавкой вставки и эффект токоограничения, и следовательно, повысить отключаемый ток. Однако, при перегрузках меньше 3 I_НОМ. возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и расплавившейся вставки. В результате этого наступает тепловое разрушение предохранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять только для защиты от токов К.З.-ия.

При номинальных токах превышающих 7,5А. плавкая вставка выполняется в виде параллельных спиралей. Применение параллельных вставок позволяет увеличить номинальный ток до 100А при номинальном напряжении 3 кВ. При номинальном напряжении 10 кВ номинальный ток предохранителя равен 50А. При токе 200А приходится устанавливать 4 параллельных предохранителя.

Применение параллельных вставок позволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект «узкой щели» в процессе дугогашения.

Для снижения температуры предохранителя при небольших продолжительных перегрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики. Предохранители этого типа имеют указатели срабатывания. При К.З.-нии плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводится длинная дуга горящая в узкой щели и имеющая высокое сопротивление, особенно, в начальной стадии, когда пары металла недостаточно ионизированы.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем обладают токоограничением, особенно при больших токах К.З. В длительном режиме интенсивное охлаждение таких плавких вставок позволяет выполнять их с минимальным сечением и снизить ток плавления.

Номинальный ток отключения предохранителей достигает 20 кА при напряжении до 10кВ.

 

Предохранители серии ПКТН.

на напряжение до 35 кВ имеют внутри керамический корпус с тонкой плавкой вставкой. Плавкая вставка выполняется с 4-х ступенчатым сечением из константановой проволоки. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням.

Данный предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреждения трансформатора напряжения при любой мощности источника питания (ток ограничивается предохранителем).

 

Предохранители серии ПК и ПКТН работают бесшумно, без выбросов пламени и раскалённых газов.

Перезарядка предохранителей этой серии в эксплуатации не допускается.

Предохранители свыше 35кВ не выпускаются.

 

Стреляющие предохранители. используются для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ. Ток отключения до 15 кА.

 

Типы: ПСН-10 (на 10 кВ), ПСН-35 (на 35 кВ).

 

Конструктивное исполнение предохранителя ПСН-35:

В корпусе установлены 2-е винипластовые трубки, соединенные стальным патрубком. Плавкая вставка присоединяется к токоведущему стержню и гибкому проводнику, соединённому с наконечником. Патрон предохранителя установлен на изоляторах. Изоляторы крепятся к стальному цоколю. Вращающийся контакт действует на наконечник и с помощью своей пружины стремится вытащить гибкий проводник из трубки. При перегорании плавкой вставки образуется дуга, которая соприкасаясь со стенками трубки разлагает их и образующийся при этом газ поднимает давление в трубке. При вытягивании наконечника из трубки длина дуги увеличивается, давление возрастает.

При больших токах мембрана, которая находится в патрубке, разрывается и дуга гасится поперечным дутьём.

Если ток невелик, то дуга гасится продольным потоком газа, который вырывается из трубки после выброса гибкого контакта из трубки.

Длительность горения дуги падает при увеличении тока, время горения дуги 0,04 сек.; при малых токах (800-1000 А) время горения дуги до 0,3 сек.

В процессе гашения вначале дуга имеет небольшую длину, а затем её длина увеличивается по мере выброса гибкого проводника.

 

Выбор высоковольтных предохранителей.

 

При определении номинального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высокого напряжения трансформатора присоединяется через предохранитель. При подаче напряжения на трансформатор возникают пики намагничивающего тока. Среднее значение амплитуды которых достигает 10 I_НОМ., а длительность прохождения примерно 0,1 сек.

Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течении 0,1 секунды с начального намагничивающего тока.

Также необходимо проверить селективность работы предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

При К.З.-нии в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напряжения и ближайшего предохранителя.

При К.З.-нии на стороне низкого напряжения предохранитель должен иметь время плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения.

 

При выборе предохранителя необходимо соблюсти соотношения:

 

 

где - напряжение установки, которую он защищает.

 

Мая 2012