Защитни устройства: предназначение, видове, класификация, спецификации, монтаж, характеристики на работа, настройки и ремонт

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Защитните устройства са устройства, които са предназначени да защитават електрически вериги, електрическо оборудване, машини и други възли от всякакви заплахи, които пречат на нормалната работа на тези устройства, както и да ги предпазват от претоварване. Тук е важно да се отбележи, че те трябва да бъдат инсталирани правилно и операцията трябва да се извършва точно в съответствие с инструкциите, в противен случай самите защитни устройства могат да причинят повреда на оборудването, експлозия, пожар и други неща.

Основни изисквания за оборудване

За да може устройството да работи успешно, то трябва да отговаря на следните изисквания:

• При никакви обстоятелства не трябва да се позволява на защитните устройства да надвишават позволената за тях температура при нормално натоварване на електрическата мрежа или електрическото оборудване.
• Уредът не трябва да изключва оборудването от захранването по време на краткотрайни претоварвания, които често включват пусков ток, самостартов ток и др.

Когато избирате предпазители, трябва да се базирате на номиналния ток в секцията на веригата, която ще защитава това устройство. Това правило за избор на защитни устройства е от значение във всеки случай при избора на което и да е устройство за защита. Също така е важно да се разбере, че при продължително прегряване защитните качества са значително намалени. Това се отразява негативно на устройствата, тъй като в момент на критично натоварване те може например просто да не се изключат, което ще доведе до злополука.

Устройствата за защита трябва задължително да изключат мрежата, когато възникнат продължителни претоварвания в тази верига. В този случай трябва да се спазва обратната зависимост на тока по отношение на времето на експозиция.

Във всеки случай защитното устройство трябва да изключи веригата в края, когато възникне късо съединение (късо съединение). Ако възникне късо съединение в еднофазна верига, тогава изключването трябва да се случи в мрежа със стабилно заземена неутрала. Ако възникне късо съединение в двуфазна верига, тогава в мрежа с изолирана неутрала.

Устройствата за защита на електрическата верига имат прекъсваща способност I _{pr. Стойността на този параметър трябва да съответства на тока на късо съединение, което може да възникне в началото на защитената секция. Ако тази стойност е по-ниска от максимално възможния ток на късо съединение, тогава процесът на изключване на участък от веригата може изобщо да не се случи или може да се случи, но със закъснение. Поради това не само устройствата, свързани към тази мрежа, могат да бъдат повредени, но и самото устройство за защита на електрическата верига. Поради тази причина коефициентът на прекъсване трябва да бъдепо-голям или равен на максималния ток на късо съединение.}

Топливи предпазители

Днес има няколко устройства за защита на електрически мрежи, които са най-често срещаните. Едно от тези устройства е предпазител. Целта на този тип защитно устройство е да предпазва мрежата от токови претоварвания и къси съединения.

Днес има устройства за еднократна употреба, както и със сменяеми вложки. Такива устройства могат да се използват както в промишлени нужди, така и в ежедневието. За да направите това, има устройства, които се използват в линии до 1 kV.

Освен тях има устройства с високо напрежение, използвани в подстанции, чието напрежение е над 1000 V. Пример за такова устройство може да бъде предпазител на спомагателни трансформатори на подстанции с 6/0, 4 kV.

Тъй като целта на тези защитни устройства е да предпазват от късо съединение и токови претоварвания, те се използват широко. Освен това те са много прости и лесни за използване, смяната им също е бърза и лесна, а сами по себе си са много надеждни. Всичко това доведе до факта, че такива предпазители се използват много често.

За да вземете предвид техническите характеристики, можете да вземете устройството PR-2. В зависимост от номиналния ток това устройство се предлага с шест вида патрони, които се различават по диаметъра си. В патрона на всеки от тях може да се монтира вложка с очакване на различен номинален ток. Да сенапример, касета 15 A може да бъде снабдена както с 6 A, така и с 10 A вложка.

В допълнение към тази характеристика има и концепцията за долния и горния тестов ток. Що се отнася до по-ниската стойност на тестовия ток, това е максималната стойност на тока, по време на чийто поток във веригата за 1 час участъкът на веригата няма да бъде изключен. Що се отнася до горната стойност, това е минималният коефициент на тока, който при протичане в продължение на 1 час във веригата ще стопи вложката в апарата за защита и управление.

Прекъсвачи

Прекъсвачите играят същата роля като предпазителите, но дизайнът им е по-сложен. Това обаче се компенсира от факта, че превключвателите са много по-удобни за използване от предпазителите. Например, ако се появи късо съединение в мрежата поради стареене на изолацията, тогава превключвателят е в състояние да изключи повредената част от електрическата верига от захранването. В същото време самият апарат за управление и защита се възстановява доста лесно, след работа не изисква подмяна с нов, а след ремонтни работи е в състояние отново надеждно да защити участъка от веригата под негов контрол. Много е удобно да използвате този вид ключове, ако е необходимо да извършвате рутинни ремонти.

Що се отнася до производството на тези устройства, основният индикатор е номиналният ток, за който е проектирано устройството. В това отношение има огромен избор, който ви позволява да изберете най-подходящия за всяка верига.устройство. Ако говорим за работното напрежение, тогава те, подобно на предпазителите, са разделени на два вида: с напрежение до 1 kV и високо напрежение с работно напрежение над 1 kV. Тук е важно да се добави, че защитните устройства за високо напрежение за електрическо оборудване и електрически вериги се произвеждат във вакуум, с инертен газ или масло. Този дизайн позволява на по-високо ниво да се изключи веригата, когато възникне такава необходимост. Друга съществена разлика между прекъсвачите и предпазителите е, че те са направени за работа не само в еднофазни, но и в трифазни вериги.

Например, в случай на късо съединение към земята на един от проводниците на електродвигател, прекъсвачът ще изключи всичките три фази, а не една повредена. Това е съществена и ключова разлика, защото ако се изключи само една фаза, двигателят ще продължи да работи на две фази. Този режим на работа е авариен и значително намалява живота на устройството и дори може да доведе до авариен отказ на оборудването. В допълнение, автоматичните прекъсвачи тип се произвеждат за работа както с променливо, така и с постоянно напрежение.

Термично и токово реле

Днес има много различни видове релета сред устройствата за защита на електрическата мрежа.

Термичното реле е едно от най-разпространените устройства, които могат да защитят електрически двигатели, нагреватели, всякакви захранващи устройства отпроблем като ток на претоварване. Принципът на работа на това устройство е много прост и се основава на факта, че електрическият ток е в състояние да загрее проводника, през който протича. Основната работна част на всяко термично реле е биметална плоча. При нагряване до определена температура тази плоча се огъва, което прекъсва електрическия контакт във веригата. Естествено, нагряването на плочата ще продължи, докато достигне критичната точка.

В допълнение към термични, има и други видове защитни устройства, например реле за ток, което контролира количеството ток в мрежата. Има и реле за напрежение, което ще реагира на промяна в напрежението в мрежата и реле за диференциален ток. Последното устройство е устройство за защита на тока на утечка. Тук е важно да се отбележи, че прекъсвачите, подобно на предпазителите, не могат да реагират на възникване на изтичане на ток, тъй като тази стойност е доста малка. Но в същото време тази стойност е напълно достатъчна, за да убие човек, който е в контакт със случай на устройство, подложено на такава неизправност.

Ако има голям брой електрически уреди, които трябва да свържат диференциално токово реле, тогава комбинираните машини често се използват за намаляване на размера на захранващия щит. Такива устройства са се превърнали в устройства, които комбинират прекъсвач и диференциално токово реле - прекъсвачи за диференциална защита или дифавтомати. При използване на такива устройства не само се намалява размерът на захранващия щит, но и процесът на инсталиране е значително улеснен.защитни апарати, което от своя страна ги прави по-икономични.

Спецификации на термичното реле

Основната характеристика на термичните релета е времето за реакция, което зависи от тока на натоварване. С други думи, тази характеристика се нарича времеви ток. Ако разгледаме общия случай, тогава преди да се приложи натоварването, токът I₀ ще протича през релето. В този случай нагряването на биметалната плоча ще бъде q_{0. Когато проверявате тази характеристика, е много важно да вземете предвид от кое състояние (прегряване или студено) се задейства устройството. Освен това, когато проверявате тези устройства, е много важно да запомните, че плочата не е термично стабилна, когато възникне ток на късо съединение.}

Изборът на термични релета е както следва. Номиналният ток на такова защитно устройство се избира въз основа на номиналното натоварване на електродвигателя. Избраният ток на релето трябва да бъде 1, 2-1, 3 от номиналния ток на двигателя (ток на натоварване). С други думи, такова устройство ще работи, ако в рамките на 20 минути натоварването е от 20 до 30%.

Много е важно да се разбере, че работата на термичното реле се влияе значително от температурата на околния въздух. Поради повишаването на температурата на околната среда работният ток на това устройство ще намалее. Ако този индикатор се различава твърде много от номиналния, тогава ще е необходимо или да се извърши допълнително плавно регулиране на релето,или купете ново устройство, но като вземете предвид действителната температура на околната среда в работната зона на това устройство.

За да намалите ефекта на температурата на околната среда върху стойността на тока на пикапа, е необходимо да закупите реле с по-висок рейтинг на натоварване. За да се постигне правилното функциониране на топло устройство, то трябва да бъде инсталирано в същата стая като контролирания обект. Трябва обаче да се помни, че релето реагира на температурата и затова е забранено да се поставя в близост до концентрирани източници на топлина. Котлите, източниците на отопление и други подобни системи и устройства се считат за такива източници.

Изберете устройства

При избора на оборудване за защита на електрически приемници и електрически мрежи е необходимо да се базирате на номиналните токове, за които са проектирани тези устройства, както и на тока, захранващ мрежата, където ще бъдат монтирани такива устройства.

Когато избирате защитно устройство, е много важно да имате предвид появата на такива ненормални режими на работа като:

• фаза-фаза къси съединения;
• фаза къса към корпус;
• силно увеличение на тока, което може да бъде причинено от непълно късо съединение или претоварване на технологичното оборудване;
• пълно изчезване или твърде много намаляване на напрежението.

Що се отнася до защитата от късо съединение, тя трябва да се извърши за всички електрически приемници. Основното изискване е да изключите устройството от мрежата, когатовъзникването на късо съединение трябва да бъде възможно най-малко. Когато избирате защитни устройства, също така е важно да знаете, че трябва да се осигури пълна защита от свръхток, с изключение на няколко от следните случаи:

• когато претоварването на електрически приемници по технологични причини е просто невъзможно или малко вероятно;
• ако мощността на електродвигателя е по-малка от 1 kW.

В допълнение, електрическо защитно устройство може да няма функция за защита от претоварване, ако е инсталирано за наблюдение на електрически двигател, който работи в периодична или периодична работа. Изключение е инсталирането на всякакви електрически уреди в помещения с висока опасност от пожар. В такива помещения защитата от претоварване трябва да бъде инсталирана на всички устройства без изключение.

Защитата от ниско напрежение трябва да бъде зададена в някои от следните случаи:

• за електрически двигатели, които не могат да бъдат включени при пълно напрежение;
• за електродвигатели, при които самостартирането не е разрешено поради редица технологични причини или е опасно за служителите;
• за всички други електрически двигатели, които трябва да бъдат изключени, за да се намали общата мощност на всички свързани електрически приемници в тази мрежа до приемлива стойност.

Разновидности на течения и избор на защитно устройство

Най-опасният е токът на късо съединение. Основната опасност е, че той е много по-голям от нормалния пусков ток, а също така неговата стойност може да варира значително в зависимост от участъка на веригата, където се появява. По този начин, когато проверява защитно устройство, което предпазва верига от късо съединение, то трябва възможно най-бързо да изключи веригата, когато възникне такъв проблем. В същото време в никакъв случай не трябва да работи, когато във веригата се появи нормална стойност на началния ток на което и да е електрическо устройство.

Що се отнася до тока на претоварване, тук всичко е доста ясно. За такъв ток се счита всяка стойност на характеристиката, която надвишава номиналния ток на електродвигателя. Но тук е много важно да се разбере, че не всеки път, когато възникне ток на претоварване, защитното устройство трябва да изключи контактите на веригата. Това също е важно, защото в някои случаи е допустимо краткотрайно претоварване както на електродвигателя, така и на електрическата мрежа. Тук си струва да добавим, че колкото по-кратък е товарът, толкова по-големи стойности може да достигне. Въз основа на това става ясно какво е основното предимство на някои устройства. Степента на защита на устройства с "зависима характеристика" в този случай е максимална, тъй като времето за реакция ще намалее с увеличаване на коефициента на натоварване в този момент. Следователно такива устройства са идеални за защита от свръхток.

За да обобщим, можем да кажем следното. За защита срещукъсо съединение, трябва да се избере устройство за свободен ход, което ще бъде конфигурирано да работи с ток, който е значително по-висок от началната стойност. За защита от претоварване, напротив, защитното превключващо устройство трябва да има инерция, както и зависима характеристика. Той трябва да бъде избран по такъв начин, че да не работи по време на нормалното стартиране на електрическото устройство.

Недостатъци на различните видове защитни устройства

Предпазителите, които преди са били широко използвани като устройства за защита на комутационните устройства, имат следните недостатъци:

• доста ограничена възможност за използване като защита от свръхток, тъй като отстройването на пусковия ток е доста трудно;
• моторът ще продължи да работи на две фази, дори ако третата е прекъсната от предпазител, което води до често отказ на двигателя;
• в определени случаи ограничението на мощността на прекъсване е недостатъчно;
• няма възможност за бързо възстановяване на захранването след прекъсване на тока.

Що се отнася до въздушните видове машини, те са по-съвършени от предпазителите, но не са без недостатъци. Основният проблем при използването на електрически защитни устройства е, че те не са селективни по отношение на действие. Това е особено забележимо, ако в машината за настройка възникне нерегулиран ток на прекъсване.

Има инсталационни машини, при които защитата от претоварване се осъществява чрез термични освобождаващи устройства. Чувствителност итяхното забавяне е по-лошо от това на термичните релета, но в същото време те действат на трите фази едновременно. Що се отнася до универсалните автоматични машини за защита, тук е още по-лошо. Това е оправдано от факта, че са налични само електромагнитни изпускания.

Често се използват магнитни стартери, в които са вградени термични релета. Такова защитно оборудване е в състояние да предпази електрическата верига от ток на претоварване в две фази. Но тъй като термичните релета имат голяма инерция, те не са в състояние да осигурят защита срещу късо съединение. Инсталирането на задържаща бобина в стартера може да осигури защита от ниско напрежение.

Висококачествена защита срещу ток на претоварване и късо съединение може да бъде осигурена само от индукционни релета или електромагнитни релета. Те обаче могат да работят само чрез прекъсващо устройство, което прави веригата с тяхната връзка по-сложна.

Обобщавайки горното, можем да направим следните две заключения:

1. За защита на електродвигатели, чиято мощност не надвишава 55 kW, от ток на претоварване, най-често се използват магнитни стартери с предпазители или с въздушни устройства.
2. Ако мощността на електродвигателя е повече от 55 kW, тогава за защитата им се използват електромагнитни контактори с въздушни превозни средства или защитни релета. Тук е много важно да запомните, че контакторът няма да позволи на веригата да бъде прекъсната, ако възникне късо съединение.

При избора на правилното устройство е много важно да изчислите защитните устройства. Най-важната формула е изчисляването на номиналния ток на двигателя, което ще ви позволи да изберете защитно устройство с подходящи индикатори. Формулата изглежда така:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), където:}

I_{n е номиналният ток на двигателя, който ще бъде в A;}

R_{мотор е мощността на двигателя, която е представена в kW;}

U_{n е номиналното напрежение във V;}

cos q е факторът на активната мощност;

n е коефициентът на ефективност.

Познавайки тези данни, можете лесно да изчислите номиналния ток на двигателя и след това лесно да изберете подходящото защитно устройство.

Разновидности на повредите на защитното оборудване

Основната разлика между устройствата за защита на електрическата верига и другите устройства е, че те не само коригират дефекта, но и изключват веригата, ако стойностите на характеристиките надхвърлят определени граници. Най-опасният проблем, който често изключва защитните средства, се превърна в глухо късо съединение. При възникване на такова късо съединение индикаторите на тока достигат най-високите стойности.

Когато възникне отворена верига, когато възникне такъв проблем, често се появява електрическа дъга, която за кратък период от време е напълно способна да разруши изолацията и да разтопи металните части на апарата..

Ако възникне твърде голям ток на претоварване, това може да доведе до прегряване на проводимите части. Освен това има механични сили, коитозначително увеличава износването на отделни елементи на оборудването, което понякога може дори да доведе до счупване на устройството.

Има високоскоростни прекъсвачи, които са предразположени към проблеми като триене на подвижното рамо и подвижния контакт в стените на дъговия улей, както и късо съединение на размагнитващата бобина към корпуса. Доста често има твърде голямо износване на контактните повърхности, буталата и задвижващите цилиндри.

Ремонт на високоскоростни машини

Ремонтът на всякакъв тип високоскоростно защитно устройство трябва да се извърши в същата последователност. Високоскоростният превключвател или BV се продухва с чист сгъстен въздух при налягане не повече от 300 kPa (3kgf/cm2). След това устройството се избърсва със салфетки. След това трябва да премахнете елементи като улей за дъга, блокиращо устройство, пневматичен задвижващ механизъм, подвижна контактна арматура, индуктивен шунт и други.

Директен ремонт на устройството се извършва на специален ремонтен щанд. Дъговият улей се разглобява, стените му се почистват в специална машина за дробеструйна обработка, след което се избърсват и проверяват. В горната част на тази камера могат да се допускат стърготини, ако размерите им не надвишават 50x50 mm. Дебелината на стената в точките на разкъсване трябва да бъде от 4 до 8 mm. Необходимо е да се измери съпротивлението между роговете на дъговия улей. За някои проби индикаторът трябва да бъде най-малко 5 MΩ, а за някои поне 10 MΩ.

Повреденият дял трябва да бъде изрязанцялата му дължина. Всички подобни места на сечи трябва да бъдат внимателно почистени. След това повърхностите, които трябва да бъдат залепени, се смазват с лепилен разтвор на основата на епоксидна смола. Ако бъдат открити счупени листове на вентилатора, те се сменят. Ако има огънати, те трябва да бъдат изравнени и върнати в експлоатация. Има и улей за дъга, който трябва да се почисти от отлагания и топене, ако има.