Материал: Конспект лекций по курсу Электрические и электронные аппараты. Гуляев А.А., Королев Н.И

71

Для создания максимального прогиба увеличивают температуру и уменьшают толщину пластины, а для создания максимального усилия увеличивают ширину и толщину и уменьшают длину пластины.

Нагрев пластины осуществляется непосредственно пропусканием тока через нее, дополнительным нагревателем или комбинированным методом. Прогиб пластины идет медленно, поэтому в ТР возможна дуга и, следовательно, необходимо предусмотреть увеличение износоустойчивости системы главных контактов. Обычно, для уменьшения времени горения дуги применяют так называемые прыгающие контакты (рисунок 14.2).

Основной характеристикой реле является зависимость времени его срабатывания от тока нагрузки (или кратности перегрузки) (рисунок 14.3).

где Т - постоянная времени нагрева ; Iо - ток предварительной нагрузки ;

I - ток при котором реле срабатывает за время t>>T.

(рисунок 14.3, кривая 1).

Если 0 (крив.2). Обе характеристики имеют одинаковые асимптоты и различаются в средней части.

X2

При коротком замыкании процесс идет без отдачи тепла и t СР Т СР .

X2

Обычно для тепловых реле время срабатывания при коротком замыкании больше времени термической стойкости при к.з., поэтому при коротком замыкании необходимо защищать предохранителями не только объект, но и само тепловое реле.

Аналитическое определение постоянной времени затруднено, но приближенно (Л2)

C G

T (14.6) K S

где С - удельная усредненная теплоемкость ; G - вес пластин ;

К - коэффициент теплопередачи в окружающую среду ; S - площадь поверхности биметаллической пластины.

72

Из 14.6 виден физический смысл постоянной времени: это отношение теплоемкостных свойств пластины к теплопередающим качествам окружающей среды.

Постоянная времени зависит от многих факторов:

1 От режима перегрузки ( Т различно при различных кратностях) перегрузок,

2.От способа нагрева (прямой нагрев меньше, косвенный - больше.

3.От условий теплоотдачи (среда, в которой находится РТ).

Для согласования характеристик объекта и реле прежде всего строятся времятоковая характеристика объекта по заводским данным или по данным расчета. Затем строится аналогичная характеристика биметаллического

элемента для двух случаев =0 и =1. При правильном подборе типа реле его

характеристика при =0 должна проходить вблизи характеристики объекта

.Тогда при предварительном подогреве номинальным током реле обеспечивает надѐжную защиту и сработает при Х=1,2-1,3.

Отметим, что постоянная времени нагрева для двигателей зависит от характера нагрузки. При кратковременных перегрузка в нагреве участвуют только обмотки и постоянная времени двигателя мала (5-10 минут - ввиду относительно малой массы обмоток). При длительной перегрузке нагревается вся масса машины и постоянная времени достигает 40-60 минут. Все это затрудняет согласование токовременных характеристик. Для совершенства защиты Т двигателя и Т теплового реле должны быть как можно более близки. Это удается получить только в случае; если РТ проектируется для конкретного двигателя. Однако промышленность выпускает реле для двигателей различной конструкции и поэтому в области небольших перегрузок абсолютную защиту получить невозможно. Для быстродействующей защиты и реле и объекта необходимо тепловой элемент объединить с электромагнитным, имеющим большой ток срабатывания и практически нулевую выдержку времени.

Практическое согласование РТ и объекта осуществляется выбором равных Iн Срабатывание реле при этом происходит тогда, когда Iср=(1,2-1,3), tср=20 минут.

Самый большой недостаток РТ - зависимость tср от температуры окружающей среды ( с ростом окр среды ток срабатывания уменьшается).

где ср. - номинальная температура окружающей среды (400); - реальная температура окружающей среды.

При температуре сильно отличающейся от номинальной необходимо производить либо плавную регулировку реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

73

Для уменьшения погрешностей от влияния температуры окружающей среды применяют 4 метода:

1 Температуру срабатывания им РТ выбирают возможно большей (чтобы относительные колебания температуры были незначительными).

2 Помещают объект и РТ в одном помещении.

3 Удаляют РТ от источников концентрированного тепла.

4 Применяют термокомпенсацию: а) прогиба, рисунок 14.4а;б) усилия, рисунок14.4б.

Конструкция тепловых реле

В качестве примера разберем устройство теплового реле серии ТРП, рисунок 14.5. В холодном состоянии биметаллический элемент 1 удерживается у одного из отгибов упора 2 пружиной 3, которая одновременно прижимает подвижные контакты 4, закрепленные на основании 5 к неподвижным контактам 6. При нагревании биметаллический элемент стремится изогнуться, этому препятствует пружина 3, удерживающая элемент в исходном положении. При токе срабатывания температура биметаллической пластины увеличивается и изгибающее усилие пластины становится достаточным для преодоления усилия пружины. Пластина скачкообразно перемещается к противоположной стороне упора и перебрасывает основание 5 с подвижными контактами в другое коммутационное положение. После срабатывания пластина удерживается на упоре 10 усилием до тех пор, пока по мере ее остывания возвращающее усилие не станет больше удерживающего усилия пластины пружины. При этом мгновенно перебрасываются в первоначально-исходное состояние подвижные контакты.

Скачкообразность перемещения контактной группы обеспечивают постоянство контактного нажатия до момента срабатывания реле, чем создается большая надежность работы механизма. Момент срабатывания биметаллического элемента регулируется изменением числа прокладок 7 между корпусов 3 и скобой 9, на которой качается основание с контактами(см. плакат).

Время возврата реле в исходное состояние регулируется подгибом конца упора 2 ( см. плакат), контакты мостикового типа с серебряными напайками.

Гарантированное отсутствие самовозврата для реле с замыкающим контактами может быть обеспечено в условиях эксплуатации путем перевертывания упора 10 и закрепления его так, чтобы основание 5 после срабатывания реле не упиралось в упор 10, а запрокидывалось настолько, что возврат биметаллической пластины в исходное состояние не вызывал бы возврата контактной группы.

Ручной возврат реле в исходное состояние осуществляется кнопкой ТЗ. Калибровка реле на заданный номинальный ток производится поворотом эксцентрика. Реле монтируется в коробчатом пластмассовом корпусе.

Другие типы реле рассмотрены в Л.1, Л.З.

74

15 ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Предохранитель - коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой пени путем разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока .превышающего определенные значения. Предохранители низкого напряжения изготовляются на токи от миллиампер до 1000 ампер.

Широкое применение предохранителей привело к многообразию их конструкций. Однако несмотря на это все они имеют основные элементы: корпус, плавкую вставку, дугогасительное устройство. Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока - времятоковая характеристика(рисунок 15.1)

Работу предохранителя протекает 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 этом кроме вставки до установившихся температур нагревается и другие детали предохранителя. Эти температуры не должны превышать допустимых

значений а ток номинального тока плавкой вставки - Iном. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи. Номинальный ток предохранителя, указанный на нем равен наибольшему номинальному току плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя. При увеличения тока нагрузки растет температура вставки, наибольший ток при котором вставка не перегорает длительное время называется плавящим током ,бесконечности. Его значение зависит от многих факторов: сечения вставки, ее формы. Материала, длины, конструкций предохранителя и др. Значение плавящего тока обычно нормируется. При калибровке задаются минимальный ток бесконечности равный 1,3 - 1,4 тока номинального, при котором плавкая вставка не должна перегорать в течении 1-2 час. и максимальный ток бесконечности равен 1,6 тока номинального, при котором вставка должна плавиться за время до 2 час.

При токах превышающих ток плавления: I > Iплавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время.

Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавления используют два метода:1) придают вставке специальную форму(рисунок 15.2а); 2) - используют металлургический эффект(рисунок 15.2б).

Во многих конструкциях плавкой вставки придается такая форма (рисунок 15.2), при которой электродинамические силы, возникающие при токах короткого замыкания, разрывают вставку до того, как она успеет расплавиться. Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы ( олово, свиней) способны в расплавленном состоянии растворять дугоплавкие металлы типа меди и серебра. Полученный таким образом раствор обладает иными характеристиками (увеличенным

75

электрическим сопротивлением и пониженной температурой плавления) поэтому плавкая вставка перегорает за более короткий промежуток времени.

Этот способ может применяться только при тонких вставках. Например: при диаметре легкоплавкого шарика 1 мм для проволок диаметром 0,3 мм и при диаметре 2 мм для проволок до 1 мм. При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается. Рассмотренные способы ускорения перегорания вставки приводят к главному достоинству плавких предохранителей -токоограничивающему их действию. Ток короткого замыкания ограничивается в 2 - 5 раз. тем самым снижается разрушительное действие электродинамических сил. Гашение дуги возникающей после перегорания вставки должно быть осуществлено в возможно более короткое время.

Наибольший ток. который плавкий предохранитель может отключать бeз кaких-либо повреждений и деформаций, препятствующих его дальнейшей исправной работе после смены плавкой вставки, называется предельным током отключения предохранителя.

В современных предохранителях в 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 патрона предохранителя. При этом гашение дуги происходит в ограниченном объеме патрона предохранителя. За пределы патрона не выбрасывается ни пламя дуги . ни ионизированные газы. Достаточно совершенная система дугогашения совместно с токоограничивающим действием вставки приводит к неограниченной отключающей способности плавких предохранителей: они могут применяться для защиты цепей, в которых установившейся ток короткого замыкания мог бы достигнуть очень больших значений ( 280 -500 кА). Плавкие вставки изготовляются из свинца, сплава свинца с оловом, цинка, серебра, меди и др. Широкое распространение получили цинковые вставки, так как поры 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 к быстрому разрушению предохранителя в целом. Медные вставки обязательно должны иметь антикоррозийное покрытие , в противном случае происходит уменьшение сечения вставки и несвоевременное перегорание.

Конструкции предохранителей.

ПР-2 - предохранитель с закрытым разборным патроном без наполнителя. Изготовляется на напряжения 220 - 500 В, номинальные токи 151000 А, отключающая способность 1,2 - 20 кА. Предохранитель состоит из двух контактных стоек и одного патрона внутри которого размещены одна или две плавкие вставки из цинка ЦО или ЦI. Патрон из фибры . который является сильным газогенератором. Гашение дуги происходит за счет увеличения ее длины и давления в патроне.(рисунок 15.3)