Вибір реле

До всіх реле без винятку пред’являється вимога – бути надійними. До реле захисту пред’являються вимоги по термічній і динамічній стійкості.

Коефіцієнт запасу по спрацюванню – найважливіша характеристика реле.

Він визначається за формулою:

– усталене значення величини x, під дією якої сприймаючий елемент без перегрівання може знаходитись тривалий час.

– значення діючої на реле величини, при якому реле спрацьовує. Наприклад, установка реле по струму (тобто значення струму, при якому реле спрацьовує) повинно бути І_уст≥(1.3–1.5)І_пуск. Де І_пуск – пусковий струм двигуна.

Для захисту двигунів із фазним ротором І_спр вибирається із умови І_уст≥(2.25–2.5)І_ном двигуна.

Теплові реле доцільно застосовувати при тривалості вмикання двигуна більше 30 хв. Номінальним значенням напруги при цьому U можна вважати, те max U сітки при якому реле можна застосовувати. Номінальним струмом реле і нагрівача є найбільший струм, тривале протікання якого не викликає спрацювання реле.

До реле керування і автоматики пред’являється підвищена вимога відносно комутаційної і механічної стійкості. Як правило, в таких реле комутаційна стійкість нижча механічної.

Крім того, конструкція реле повинна:

- забезпечувати достатній коефіцієнт запасу по спрацюванню;

- мати мінімальне значення X спрацювання при максимальній потужності керування;

- мати мінімально-можливу масу і габарити;

- бути простим у виробництві та в експлуатації.

Апарати захисту:Плавкі запобіжники, електротеплові реле, автоматичні вимикачі, пристрої позисторного захисту, пристрої захисного вимикання. Призначення, класифікація, основні конструктивні елементи.

Апаратом захисту (АЗ) називається апарат, що автоматично відключає електричне коло, яке захищається від ненормальних режимів роботи.

Самі апарати захисту утворюють не дуже велику пожежну небезпеку (як свідчать статистичні дані - 5% пожеж від усіх пожеж від електричних виробів). Проте неправильний вибір і експлуатація апаратів захисту електричних мереж призводить до пожеж від перевантажень і коротких замикань в електропроводках. А пожежі від електропроводок - це вже біля 50% пожеж від електричних виробів.

Обрані АЗ повинні забезпечити відключення ушкодженої ділянки при КЗ наприкінці лінії, що захищається, - одно-, дво і трифазних - у мережах із глухозаземленою нейтраллю; дво- і трифазних - у мережах з ізольованою нейтраллю.

Запобіжники.Це найбільше поширений вид АЗ через простоту конструкції і відносну дешевину.

Конструкція складається з трьох основних частин:

- діелектричного корпусу (негорючі полімери, скло, кераміка);

- контактних наконечників, призначених для вмикання запобіжника в коло;

- плавкої вставки (виготовляється з цинку, міді, олова, свин-ця).

Запобіжником з плавкою вставкою називають електричний апарат, який автоматично розмикає електричне коло шляхом розплавлення плавкої вставки, яка вмикається послідовно в електричне коло та безпосередньо нагрівається струмом до температури плавлення. Принцип дії плавких запобіжників заснований на виділенні тепла струмом, що проходить по плавкій вставці. У нормальних умовах це тепло розсіюється в навколишнє середовище. Якщо кількість виділеного тепла перевищує ту кількість тепла, що відводиться, то надлишок його викликає підвищення температури вставки і вона перегоряє (плавиться). Сучасні запобіжники звичайно виконуються з закритим патроном.Розрізняють запобіжники трубчасті (рис.8.4), пластинчаті (рис.8.5.) і пробочні (рис.8.6).

Рис.8.4 - Запобіжник трубчастий серії ПР-2

1 - фібровий циліндр, 2 - плавка вставка, 3 - латунна втулка, 4 - латунний ковпачок, 5 - шайба, 6 - мідний ніж.

Рис.8.5 - Запобіжник пластинчатий серії ПН-2.

1. - контактні ножі, 2, 3 - гвинти, 4 - пластини, що кріплять, 5 - диски, 6 - плавка вставка, 7 - порцелянова трубка, 8 - азбестова прокладка, 9 - кварцовий пісок, 10 - свинцево-олов'яна напайка.

Рис.8.6 - Запобіжник пробочний серії ПД.

1 - порцелянова голівка, 2 - порцелянова трубка, 3 - плавка вставка, 4 - порцелянова підстава, 5 - скло, 6 - фіксуюче кільце, 7 - пружина, 8 - ущільнення, 9 - металевий верхній контакт плавкої вставки, 10 - різьбовий контакт, 11 - затиск контактний, 12- контрольна порцелянова гільза, 13 - контакт, 14 - металевий нижній контакт плавкої вставки, 15 - кварцовий пісок, 16 – покажчик.

Матеріали для плавких вставок повинні мати малий питомий електричний опір, невеличку температуру плавлення і, крім того, повинні бути стійкими до окислювання.

У сучасних запобіжниках для плавких вставок звичайно застосовують мідь або цинк, рідше свинець. У відповідальних пристроях, коли необхідно мати повну гарантію від помилкових спрацьовувань через окислювання вставки, застосовують срібло. Проте мідь має дуже високу температуру плавлення (1083^оС) і схильна до окислювання. У процесі експлуатації окисли міді відшаровуються і перетин вставки поступово зменшується. У результаті змінюються і значення струмів, за яких починається процес перегоряння плавкої вставки.

Срібло так само, як і мідь, має малий питомий електричний опір і, крім того, не окислюється, що обумовлює високу стабільність мінімальних струмів плавлення срібних вставок.

Основними параметрами запобіжника є:

- номінальна напруга запобіжника - напруга, зазначена на корпусі запобіжника і відповідна найбільшій номінальній напрузі мережі, у якій дозволяється установка даного запобіжника;

- номінальний струм запобіжника, рівний найбільшому з номінальних струмів плавких вставок, призначених для даного запобіжника (указується на запобіжнику);

- номінальний струм плавкої вставки запобіжника, на який вона розрахована за тривалої роботи (зазначений на плавкій вставці);

- граничний струм плавкої вставки - це струм, за якого плавка вставка розплавиться через інтервал часу, достатній для досягнення нею постійної температури. Цей час повинен дорівнювати 1-2 годинам. Значення співвідношення повинно знаходитися в проміжку 1,25-1,6.

- максимальний струм відключення за даної напруги - найбільше значення струму короткого замикання мережі, при якому гарантується надійна робота запобіжника, тобто забезпечується гасіння дуги без яких-небудь ушкоджень запобіжника.

Залежність повного часу відключення кола плавким запобіжником від відношення струму І, що протікає через вставку, до номінального струму вставки називають "захисною"

або "часо-струмовою характеристикою" .

Автоматичний вимикач (автомат) є більш універсальним, у порівнянні з запобіжником, апаратом захисту, що одночасно виконує функцію ручного вимикача для рідких комутацій мережі.

Розрізняють такі види автоматичних вимикачів: установчі, універсальні і швидкодіючі. На підприємствах найбільш розповсюджені установчі автомати.

Автомати складаються з таких основних частин: корпусу, кришки, дугогасної камери, механізму керування, механізму вільного розчеплювання і розчеплювача. Корпус автомата виконаний із сталі, порцеляни і пластмаси. На корпусі монтуються всі частини автомата і закриваються кришкою. Дугогасні камери складаються з керамічних перегородок і обміднених пластин, вставлених у ці камери головних контактів автомата. Електрична дуга під дією магнітного поля, збуджуваного струмом самої дуги, втягується в дугогасні камери, розривається на окремі частини, які там деіонизуються й інтенсивно гасяться.

Розчеплювач є основною частиною, що забезпечує автоматичне спрацьовування автомата.

У залежності від типу вбудованого розчеплювача, автоматичні вимикачі бувають:

- тільки з електромагнітним розчеплювачем (М);

- тільки з тепловим розчеплювачем (Т);

- з комбінованим (тобто, з електромагнітним і тепловим розчеплювачами, включеними послідовно один до одного в одному автоматі) розчеплювачем (МТ);

- з напівпровідниковим розчеплювачем.

Автомати з електромагнітним розчеплювачем служать для захисту електроустановок від небезпечних наслідків коротких замикань. Принципова схема електромагнітного розчеплювача максимального струму без витримки часу показана на рисунку 8.9.

Рис. 8.9 - Принципова схема електромагнітного розчеплювача.

У включеному стані автомат утримується засувкою 4, зчепленою з важелем 3. Пружина 7 забезпечує надійність цього зчеплення. При короткому замиканні в колі якір 8 притягається до осердя котушки 9, засувка 4 повертається на осі 5 і звільняє важіль 3. Під дією пружини 2 рухливий контакт 1 розмикає коло, положення засувки 4 при цьому фіксується упором 6.

Автомати з тепловим розчеплювачем служать для захисту електроустановок від перевантажень. Схема теплового розчеплювача показана на рисунку 8.10.

Тепловий розчеплювач має біметалеву пластину 1, нагрівальний елемент 2, включений послідовно в електричне коло. При перевантаженні електричного кола біметалева пластина нагрівається, вигинається нагору і звільняє засувку 3, яка під дією пружини 4 повертається навколо осі 5 у напрямку стрілки годинника, розмикає контакти 7 у колі керування за допомогою тяги 6. Автомати з тепловим розчеплювачем здійснюють захист електроустановок від перевантажень зі зворотно-залежною від струму витримкою часу. Тепловий розчеплювач відразу після спрацьовування повторно включати не можна. Слід зачекати, поки біметалева пластинка не вистигне.

Рис. 8.10 - Принципова схема теплового розчеплювача.

Автомати з комбінованим розчеплювачем забезпечують автоматичний захист електроустановок від наслідків перевантажень і коротких замикань. За невеликих струмів перевантаження діє тепловий розчеплювач із витримкою часу. При коротких замиканнях спрацьовує електромагнітний розчеплювач миттєвої дії. Відключення автомата відбувається при спрацьовуванні будь-якого розчеплювача. Багато автоматів мають спеціальні пристрої для регулювання струму спрацьовування розчеплювачів – струму уставки ( )

Автоматичні вимикачі характеризуються наступними номінальними параметрами:

– номінальна напруга автомата, В; найбільша напруга мережі, у якій може використовуватися даний апарат захисту;

– номінальний струм автомата, А; найбільший струм, на який розраховані струмоведучі частини та контакти автоматичного вимикача і який дорівнює найбільшому номінальному струму розчеплювача;

, , – номінальний струм розчеплювача, А; найбільший струм, при протіканні якого через розчеплювач останній не спрацьовує;

– номінальний струм уставки, А; струм, на який відрегульований розчеплювач автомата і при якому він не спрацьовує; звичайно він знаходиться в межах ;

, – струм спрацьовування розчеплювача, А; найменший струм, при якому спрацьовує розчеплювач автомата; для більшості автоматів з електромагнітними розчеплювачами ; для автоматів з тепловими розчеплювачами .

Теплові реле. У теплових реле, що вбудовуються в магнітні пускачі, чутливим елементом є біметалічна пластина, що нагрівається струмом, який проходить через її або через спеціальний нагрівальний елемент. Теплові реле застосовуються для захисту електродвигунів від перевантаження й електронагрівальних приладів від перегріву. Теплові реле надійно здійснюють захист від струмових перевантажень кратністю не більше 10. Вибір номінальних параметрів реле проводиться за такої умови: _.

Зараз випускаються теплові реле серій РТЛ, ТРП, ТРН й інші з регулюванням струму спрацьовування.

Крім теплових реле, в магнітні пускачі серії ПМА вмонтовані пристрої температурного позисторного захисту УВТЗ-1М, призначені для відключення двигуна, що захищається, від мережі при нагріванні його обмотки, викликаному будь-якими причинами.

Пристрої захисного відключення. Захисним відключенням в електроустановках називається автоматичне відключення усіх фаз ділянок мережі, яке забезпечує безпечні для людини співвідношення струму і часу його проходження при замкненнях на корпус або зниження рівня опору ізоляції нижче визначеного значення.

В Україні з 1 січня 1998 р при розробці проектів на будівництво, капітальний ремонт та реконструкцію житлових будинків, будівель та споруд громадського призначення установка пристроїв захисного відключення (ПЗВ) в схемах електропостачання є обов'язковою.

ПЗВ здійснює:

- захист від глухих замкнень на землю;

- захист від неповних замкнень на землю;

- автоматичний контроль ізоляції;

- автоматичний контроль кола заземлення або занулення;

- самоконтроль.

ПЗВ, як правило, монтується у три-провідну однофазну (фазний (L), нульовий (N) та захисний (PE) провідники) або п'яти-провідну трифазну (3 фазних (L1, L2, L3), нульовий (N) та захисний (PE) провідники) мережу (за європейським стандартом мережа TN-S). Однак є і ПЗВ, що встановлюються в усім відому "радянську" двопровідну однофазну (фазний (L), поєднаний нульовий та захисний провідники (PEN)) або чотири-провідну трифазну (3 фазних (L1, L2, L3), поєднаний нульовий та захисний провідники (PEN)) мережу (за європейським стандартом мережа TN-С).

Найкраще зарекомендували себе пристрої захисного відключення керовані диференціальним струмом (ПЗВД). ПЗВД – комутаційний апарат, який при досягненні (перевищенні) диференціальним струмом заданого значення за певних умов експлуатації повинний викликати відключення мережі. ПЗВД одержали широке поширення в усьому світі, у першу чергу в країнах-членах МЕК.

Основним параметром, що характеризує ПЗВД, є диференційний струм спрацьовування. Відрізняють прилади за струмами спрацьовування 10 мА, 30 мА, 300 мА (нагадаємо, що смертельним для людини вважається струм 100 мА, але час спрацьовування ПЗВ не перебільшує десятків мілісекунд). ПЗВД зі струмом спрацьовування 10 мА застосовуються при підвищеній електронебезпеці, 30 мА - у звичайних випадках, 300 мА - застосовується для захисту групи споживачів для забезпечення виконання умови селективності. ПЗВД 300 мА фактично забезпечують пожежну безпеку при виникненні струмів витоку, наприклад внаслідок погіршення властивостей ізоляції.