Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 9 )

Рис. 11.11. Бесконтактный путевой выключатель серии БВК: а — общий вид; б — схема.

Вступает в действие усилитель на транзисторе VТ, через обмотку реле К проходит ток, и оно срабатывает. При выходе пластины из зазора под действием обмотки отрицательной об­ратной связи wос генераторный режим прекращается, и реле  отключается.

Рис. 11.11. Бесконтактный путевой выключатель серии БВК: а — общий вид; б — схема

4.2.2. Предохранители плавкие

Назначение и принцип работы

Предохранитель — коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмо­тренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего опре­деленное значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путем распла­вления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на ис­правную. Эта операция производится вручную либо автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

Предохранители появились одновременно с электрическими сетями. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способ­ность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение. Предохранители низкого напряжения изготов­ляются на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители высокого напряжения — до 35 кВ и выше.

Широкое применение пре­дохранителей в самых различ­ных областях народного хо­зяйства и в быту привело к многообразию их конструкций.

Однако несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус или несущую деталь, плавкую вставку, кон­тактное присоединительное уст­ройство, дугогасительное уст­ройство или дугогасительную среду.

Важнейшей характеристи­кой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока — времятоковая харак­теристика (рис. 29).

Рис. 29. Защитная характеристика предохранителя

Предохранитель работает в двух резко отличных режимах: в нормальных усло­виях и в условиях перегрузок и коротких замыканий. В первом случае нагрев встав­ки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя. Эта температу­ра не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плав­кая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой встав­ки Iном. Он может быть отличным от номинального тока самого предохрани­теля.

Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи. Номинальный ток предохранителя, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.

Защитные свойства предохранителя при перегрузках нормируются. Для пред­охранителей обычного быстродействия задаются условный ток неплавления — ток, при протекании которого в течение определенного времени плавкая вставка не дол­жна перегореть, и условный ток плавления — ток, при протекании которого в тече­ние определенного времени плавкая вставка должна перегореть. Например, для предохранителя с плавкими вставками на номинальные токи 63 — 100 А плавкие вставки не должны перегореть при протекании тока 1,3Iном в течении одного часа, а при токе 1,6Iном должны перегореть за время до одного часа.

Рис. 30. Места перегорания фигурных плавких вставок при перегрузках (б) и при коротких замыканиях (в)

Вставку выполняют в виде пластинки с вырезами (рис.30), уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженных участках выделяется больше теплоты, чем на широких. При номинальном токе избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках (I ≈ I∞max нагрев суженных участков идет быстрее, так как только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном, самом горячем месте (рис.30,б). При коротком замыкании (I >> I∞,) нагрев су­женных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом теплоты от них можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или в не­скольких суженных местах (рис. 30, в).

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие ме­таллы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять неко­торые тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.). Полученный таким образом рас­твор обладает иными характеристиками, чем исходные материалы (например, большим электрическим сопротивлением и пониженной температурой плавления). Указанное явление используется в предохранителях с вставками из ряда парал­лельных проволок.

Для ускорения плавления вставки при перегрузках и сни­жения общей температуры всей вставки при ее плавлении на проволоки напаиваются неболь­шие оловянные шарики. При токах перегрузки, когда температура вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Происходит местное увеличение сопротивления вставки и сни­жение температуры плавления металла в этом месте. Вставка перегорает в том ме­сте, где был наплавлен шарик. При этом температура всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В но­минальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки.

Ускорения перегорания вставки при токах перегрузки и коротких замыканиях обусловливают одно весьма существенное достоинство плавких предохранителей — их токоограничивающее действие. Плавкая вставка перегорает много раньше, чем ток в цепи при коротком замыкании успевает до­стигнуть установившегося значения Iуст. Таким образом, ток короткого замыкания ограничивается в 2 —5 раз и тем самым снижается разрушительное действие элек­тродинамических сил. Если при возможном установившемся токе короткого замы­кания 25 кА плавкая вставка перегорела при 8 кА, то значение электродинамиче­ских сил в цепи ограничено более чем в 9 раз. Токоограничивающее действие плавких вставок с использованием металлургического эффекта ниже, чем при дру­гих способах токоограничения.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно быть осуществлено в возможно короткое время. Время гашения дуги зави­сит от конструкции предохранителя и принятого способа гашения. Наибольший ток, который плавкий предохранитель может отключить без каких-либо поврежде­ний или деформаций, препятствующих его дальнейшей исправной работе после смены плавкой вставки, называют предельным током отключения предохранителя.

В современных предохранителях с закрытыми патронами без наполнителя дуга гасится за счет высокого давления, возникающего в патроне вследствие появления дуги, а при наличии наполнителя — за счет интенсивного охлаждения дуги наполни­телем и высокого давления, вызываемого дугой в узких каналах наполнителя. При этом гашение дуги происходит в ограниченном объеме патрона предохранителя. За пределы патрона не выбрасываются ни пламя дуги, ни ионизированные газы.

Достаточно совершенная система дугогашения совместно с токоограничиваю­щим действием вставки обусловливают неограниченную отключающую способ­ность плавких предохранителей. Это не значит, что предохранители могут отклю­чать сколь угодно большие токи короткого замыкания. Неограниченную отклю­чающую способность следует понимать так: плавкие предохранители могут применяться для защиты цепей, в которых установившийся ток короткого замыка­ния мог бы достигнуть очень больших значений (в современных крупных энергоу­становках можно предполагать 200 — 500 кА).

Плавкие вставки изготовляют из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, ме­ди, серебра и др. Вставки из легкоплавких металлов (свинец, цинк — температура плавления 200 — 420 °С) позволяют получить невысокую температуру всего предох­ранителя, однако они обладают невысокой проводимостью и получаются значи­тельных сечений, особенно при больших номинальных токах. Широко распростра­нены цинковые вставки. Пары цинка имеют относительно высокий потенциал ионизации, что способствует гашению дуги. Вставки из меди и серебра получаются меньшего сечения, но недостатком их является высокая температура плавления, что приводит при токах перегрузки к сильному нагреву и быстрому разрушению дета­лей предохранителя. Медные плавкие вставки должны обязательно иметь антикор­розионное покрытие. В противном случае окисление приведет к постепенному уменьшению сечения вставки и несвоевременному перегоранию.

Применение параллельных плавких вставок (при больших токах) позволяет при том же суммарном поперечном сечении их получить большую поверхность охла­ждения, тем самым улучшить условия охлаждения вставок и лучше использовать объем наполнителя (в предохранителях с наполнителем).

4.2.3. Выбор плавких предохранителей.

Условиями выбора плавких предохранителей являются:

1. Uн. пред. = Uн. сети, В

2. Ιmax. вст. ≥ Ιпуск., А при tпуск.= t; где tпуск. – время переходного режима двигателя.

3. На практике принимается, что для к. з. эл. двигателя с небольшой частотой включений и легких условиях пуска (tпуск.  = 2 –5 с.), при тяжелых условиях пуска

(tпуск. =10–20 с).

Ιн. вст. ≥0,4 • Ιпуск. , А –легкий пуск;