Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теория цепей постоянного и переменного тока от Victron (часть 3). Предохранители, выключатели

Теория цепей постоянного и переменного тока от Victron (часть 3). Предохранители, выключатели.

4.4 Предохранители и автоматические выключатели

Предохранитель — это устройство электрической безопасности. Он защищает электрическую цепь от черезмерных токов.

Предохранитель размещается в кабеле питания к электрическому устройству. Как только ток протекает через предохранитель, превышающий его номинальное значение, в течение определенного времени, предохранитель перегорает. После того, как предохранитель перегорел, ток больше не будет течь в цепь.

Ситуация с током выше ожидаемого может возникнуть в случае неисправности электрического устройства или короткого замыкания в электрической цепи.

Предохранитель защищает от:

• Сильной перегрузки — когда в системе протекает больше тока, чем рассчитано.

• Короткое замыкание — когда один проводник случайно соприкасается с другим проводником.

Как работает предохранитель?

Есть 3 типа предохранителей:

Традиционно, плавкий предохранитель содержит провод или полосу металла, которая плавится, как только через предохранитель проходит неприемлемо высокий ток. Когда провод в плавком предохранителе расплавился, электрическая цепь будет разорвана и ток больше не будет течь в цепи.

После того, как предохранитель «перегорел», его необходимо заменить новым предохранителем, чтобы снова включить цепь. Эти предохранители одноразовые. После того, как они взорвались, они не могут быть восстановлены. Их нужно заменить на новый.

Другим типом предохранителя является автоматический предохранитель, часто называемый автоматическим выключателем или миниатюрным автоматическим выключателем (CB или MCB). Эти устройства прерывают цепь при обнаружении высокого тока. Иногда они переподключаются после того, как прошел сильный ток, или их необходимо сбросить вручную. Их не нужно заменять, как традиционные предохранители.

Существует два способа работы этих предохранителей: термический, магнитный или их комбинация.

Тепловой выключатель содержит биметаллическую полосу, которая нагревается при протекании тока. Он нагревается при нагревании и тем самым нарушает путь тока. Магнитный выключатель содержит электромагнит, чувствительный к большому току. Когда протекает большой ток, электромагнит создает магнитную силу, которая прерывает цепь.

Расположение предохранителей постоянного тока

Каждый потребитель, который подключается к аккумулятору, должен быть предохранен. Предохранитель размещен в положительном кабеле. У каждого отдельного потребителя должен быть свой предохранитель. Независимо от того, насколько велика или мала номинальная мощность оборудования. Батареи могут потенциально создавать очень большие токи, которые могут стать причиной пожара. Цепь постоянного тока обычно содержит основной предохранитель батареи, после чего она разветвляется на отдельных потребителей. У каждого потребителя есть индивидуальный предохранитель.

Расположение автоматических выключателей переменного тока

Автоматические выключатели расположены вблизи точки входа в сеть общего пользования и / или генератора в распределительный щит. Выключатель переменного тока находится в проводнике под напряжением или как в проводнике под напряжением, так и в нейтрали. Используются одно- или двухполюсные автоматические выключатели.

Обычно на один источник переменного тока устанавливается один главный автоматический выключатель, после чего источник разветвляется на множество групп. Каждая группа содержит автоматический выключатель, защищающий группу потребителей переменного тока.

Расположение автоматических выключателей фотоэлектрической батареи.

Между фотоэлектрической батареей и солнечным зарядным устройством должен быть установлен предохранитель. Пожалуйста, свяжитесь с местными властями, правила для каждого приложения и страны могут отличаться.

Держатели предохранителей

Предохранители должны быть помещены в держатели предохранителей. Держатель предохранителя надежно удерживает предохранитель на месте. И в некоторых случаях они также обеспечивают электрическую изоляцию. Автоматические выключатели обычно монтируются на DIN-рейку. Предохранители и автоматические выключатели обычно расположены в распределительной плате, предпочтительно внутри корпуса.

Номинал предохранителя и как правильно выбрать предохранитель

Читайте так же:
Терморегулятор для теплого пола как правильно подключить провода

При выборе предохранителя существует 4 критерия выбора

Важно выбрать правильный предохранитель, который будет соответствовать цепи и потребляемой мощности оборудования в этой цепи. Номинальная мощность предохранителя указана на предохранителе или может быть найдена в техническом описании или его характеристиках.

Номинальный ток

Если в цепи есть только один потребитель, предохранитель должен соответствовать текущему номинальному току этого потребителя или текущему номинальному напряжению кабеля, в зависимости от того, какой из них является самым низким.

Если в цепи несколько потребителей, то предохранитель должен соответствовать номинальному току кабеля в цепи.

Номинальное напяжение

Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или превышать ожидаемое максимальное напряжение в системе. Предохранитель должен быть специально рассчитан на требуемый тип постоянного и / или переменного тока. Большинство предохранителей постоянного тока подходят для 12 и 24 В, но они не обязательно подходят для 48 В и выше. Обратите внимание, что не все предохранители или автоматические выключатели могут использоваться как в цепях переменного, так и постоянного тока. Если предохранитель может использоваться как для переменного, так и для постоянного тока, напряжение для переменного тока часто оценивается выше, чем номинальное напряжение постоянного тока.

Также следите за тем, чтобы автоматические выключатели не были однонаправленными, так как для постоянного тока важно, каким образом они подключены к цепи.

Скорость

Скорость предохранителя — это время, необходимое для его срабатывания при возникновении тока повреждения. Это зависит от материала предохранителя, его механизма, тока и температуры.

Существуют медленные и быстроплавкие плавкие предохранители

• Медленные плавкие предохранители обычно используются в приложениях постоянного тока, которые можно найти в автомобильных и морских цепях. Эти схемы содержат потребителей с высоким пусковым током, таких как двигатели, или устройства с конденсаторами, такими как инвертор. Медленный плавкий предохранитель выдерживает высокий кратковременный начальный ток, позволяя запустить двигатель.

• Быстрые плавкие предохранители используются в приложениях переменного тока. Потребители переменного тока часто чувствительны к изменениям в токе, поэтому им нужен предохранитель, который может быстро реагировать, чтобы защитить потребителя. Но в некоторых случаях потребитель переменного тока может иметь высокий пусковой ток, это оборудование с электромоторами, такими как холодильники, кондиционеры и компрессоры. В этих приложениях потребуется более медленный предохранитель.

Диапазон скоростей плавкого предохранителя:

• FF Очень быстрое действие (Flink Flink).

• F Быстродействующий (моргание).

• M Medium Acting (Mitteltrage)

. • T Медленное действие (Trage).

• TT очень медленно действует (Trage Trage).

Маркировка предохранителей

Предохранитель содержит маркировку относительно его номинальных характеристик. Но информация может отсутствовать. Тогда хорошим источником, чтобы узнать больше, являются характеристики предохранителей. Их можно легко найти в Интернете или у вашего поставщика предохранителей.

Вакуумные выключатели серии VM 10 кВ

Вакуумные выключатели серии VM12 предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока с номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью.

IMG_1074.jpg

Габаритные и присоединительные размеры выключателей позволяют устанавливать их в комплектных распределительных устройствах (КСО, КРУ), при замене отслуживших свой срок силовых выключателей (ретрофит), а также для применения в качестве средств коммутации в реклоузерах и других устройствах.

ПараметрЗначение
Номинальное напряжение, кВ10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ12
Номинальный ток, А1000
Номинальный ток отключения, кА20
Нормированные параметры сквозных токов короткого замыкания:
— ток электродинамической стойкости, кА51
— ток термической стойкости, кА20
— время протекания тока короткого замыкания, с3
Диапазон номинального напряжения цепей управления:
— для переменного тока24-230
-для постоянного тока24-230
Испытательные напряжения изоляции главной цепи, кВ:
— одноминутное, частотой 50 Гц42
— грозовой импульс 1,2/50 мкс75
Собственное время отключения, мс, не более25
Собственное время включения, мс, не более35
Полное время отключения, мс, не более75
Разновременность замыкания/размыкания контактов при включении, мс, не более3
Разновременность замыкания/размыкания контактов при отключении, мс, не более4
Время взвода силовой пружины в автоматическом режиме, с, не более10
Механический ресурс (количество циклов В–tп–О), не менее50 000
Коммутационный ресурс (количество циклов В–t–О) при номинальном токе отключения, не менее:
— количество операций О25
— количество операций ВО13
Срок службы до списания, лет, не менее30
Читайте так же:
Автоматический выключатель тепловой расчет

Вакуумный выключатель серии VM12 представляет собой металлический корпус, на котором закреплены три полюса. Корпус изготовлен из конструкционной листовой стали и покрыт порошковой краской. Внутри корпуса размещены три электромагнитных привода с магнитной защелкой, цепи подключения к которым выведены на внешние клеммы закрытые кожухом. Основной элемент каждого полюса – вакуумная дугогасительная камера, установленная внутри полюса, изготовленного из полимерного материала.

Вакуумная дугогасительная камера (ВДК) имеет покрытие из силикона, для обеспечения дополнительной защиты от поверхностного пробоя в условиях повышенной влажности и запылённости. Особая геометрия контактов ВДК создает максиальное магнитное поле во всей области нахождения ствола дуги. Благодаря этому эффекту дуга сжатого типа принимает вид диффузной дуги, равномерно распределенной по поверхности контакта при любой величине отключаемого тока. Таким образом снижается тепловая нагрузка на контакты, что уменьшает их точечный перегрев и последующую эрозию.

Конструкция корпуса полюса составная, выполненна из высокопрочного полимерного материала, обеспечивающего высокие диэлектрические характеристики и прочность полюса. Внутри полюса установлена ВДК. Верхний контактный вывод полюса соединен с неподвижным контактом ВДК. Нижний контакный вывод полюса соединен через гибкую токоведущую шину с подвижным контактом ВДК. Подвижный контакт ВДК через изоляционную тягу механически связан с электромагнитным приводом и общим валом синхронизации.

Привод выключателя электромагнитный с магнитной защелкой. Движение подвижных частей привода производит перемещение связанных с ними через изоляционные тяги подвижных контактов ВДК, обеспечивая требуемые характеристики скорости и хода.

Принцип работы автоматического выключателя

Для защиты бытовых электрических цепей обычно используются автоматические выключатели модульной конструкции. Компактность, легкость монтажа и замены, в случае необходимости, объясняет их широкое распространение.

Внешне такой автомат представляет собой корпус из термостойкой пластмассы. На лицевой поверхности расположена рукоятка включения и выключения, сзади – фиксатор-защелка для крепления на DIN-рейке, а сверху и снизу – винтовые клеммы. В данной статье рассмотрим принцип работы автоматического выключателя.

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

как работает автоматический выключатель

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловым расцепителем 63а

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

принцип работы автоматического выключателя

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

электромагнитный расцепитель

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

Читайте так же:
Презентация по теме тепловое действие тока 8 класс

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

дугогасительная камера автомата

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

Лекция № 5 Электромагниты

Электромагниты являются основным рабочим элементом таких электрических аппаратов как реле, пускатели, автоматические выключатели, контакторы и ряда других.

Рассмотрим основные соотношения для магнитной цепи, представленной на рис. 5.1.

При прохождении тока по обмотке возникает МДС , которая создаёт магнитный поток. Этот поток замыкается как через зазор, так и между другими частями магнитной цепи, имеющими различные магнитные потенциалы.

Воздушный зазор , меняющийся при перемещении якоря, называетсярабочим.

Магнитный поток, проходящий через воздушный зазор, также называется рабочим и обозначается . Все остальные потоки, не проходящие через воздушный зазор, называютсяпотоками рассеяния и обозначаются.

Рис. 5.1. Магнитная цепь электромагнита:

1 – якорь; 2 – сердечник; 3 — обмотка

При расчете магнитной цепи решаются две задачи: либо определяют необходимую МДС для создания заданного рабочего потока, либо определяют рабочий поток при известной МДС .

Согласно первому закону Кирхгофа для магнитной цепи алгебраическая сумма потоков в любом узле магнитной цепи равна нулю:

. (5.1)

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи следует из закона полного тока:

, (5.2)

где – напряженность магнитного поля, А/м;

элементарный участок контура интегрирования, м;

алгебраическая сумма МДС, действующих в рассматриваемом контуре, А.

Учитывая, что магнитная индукция , выражение (5.2) можно записать

, (5.3)

где – сечение данного участка магнитной цепи;

–абсолютная магнитная проницаемость участка длиной.

Для воздуха магнитная проницаемость берётся равной магнитной постоянной

Выражение аналогично выражению для активного сопротивления элемента электрической цепи(где— удельная электрическая проводимость материала проводника). В этом случае выражение (4.3) можно записать в виде

, (5.4)

где магнитное сопротивление участка длиной

Согласно второму закону Кирхгофа падение магнитного потенциала по замкнутому контуру равно сумме МДС, действующих в этом контуре.

Читайте так же:
Чем обусловлена тепловое действие электрического тока

В системе СИ единица абсолютной магнитной проницаемости –, следовательно, единицей магнитного сопротивления является.

Если на отдельных участках то (5.4) можно записать

. (5.5)

По аналогии с электрическим магнитное сопротивление участка конечной длиныможно представить как

(5.6)

где удельное магнитное сопротивление единицы длины магнитной цепи при сечении, также равном единице, м/Гн.

При расчетах магнитных цепей часто используют величину, обратную магнитному сопротивлению, – магнитную проводимость:

В этом случае уравнение (5.5) принимает вид

.

Для простейшей неразветвленной цепи

. (5.7)

Относительная магнитная проводимость, часто используемая в расчетах магнитных цепей, определяется . В рабочем зазоре поток проходит через воздух, магнитная проницаемость которого не зависит от индукции и является постоянной, равной.

Для прямоугольных и круглых полюсов при малом зазоре поле приближенно можно считать равномерным и магнитную проводимость легко определить по формуле:

, (5.8)

где сечение потока в зазоре;

длина зазора.

Индуктивность катушки электромагнита (см. рис. 5.1) без учета сопротивления стали определяется по формуле

, (5.9)

где МДС катушки;

удельная магнитная проводимость, Гн/м;

— магнитная проводимость ;

число витков катушки;

ток в катушке,.

Полная МДС катушки с учетом магнитного сопротивления стали и потоков рассеяния определяется

(5.10)

где магнитный поток в зазоре,;

напряженность магнитного поля на участке ,;

длина i-го участка магнитопровода;

магнитное сопротивление зазора; .

Ток в обмотке электромагнита постоянного тока при неподвижном или медленно перемещающемся якоре не зависит от индуктивного сопротивления обмотки, а зависит только от ее активного сопротивления .

В цепях переменного тока ток в катушке в основном зависит от индуктивного сопротивления, которое изменяется при перемещении якоря.

Магнитное сопротивление магнитопровода при работе на переменном токе зависит не только от магнитной постоянной , длинны участка проводникаи площади сечения, но и от потерь в стали и наличия короткозамкнутых обмоток. С целью уменьшения потерь магнитопровод аппаратов переменного тока выполняется шихтованным.

Рассмотрим простейшую цепь электромагнита без учета магнитного сопротивления стали и потерь в ней (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Магнитная цепь электромагнита переменного тока

Причем показанная на рис. 5.2 короткозамкнутая обмотка не влияет на работу электромагнита (ключ К разомкнут).

Уравнение электрического равновесия для обмотки выглядит следующим образом:

, (5.11)

где идействующие значения напряжения и тока соответственно.

Используя выражения иуравнение (5.11) можно записать в виде

. (5.12)

Учитывая, что <<<, можно записать, чтои так как

, (5.13)

то величина магнитного потока будет зависеть от величины приложенного напряжения и частоты

, (5.14)

где амплитудное значение потока.

Следовательно, при принятых допущениях магнитный поток не зависит от рабочего зазора и при неизменном напряжении является постоянным (рис. 5.3, кривая 1).

При из (5.12) и (5.13)

. (5.15)

Откуда следует, что с ростом зазора уменьшается индуктивное сопротивлениеза счет чего при постоянном действующем значении напряжения происходит рост тока (см. рис. 5.3, кривая 3). Если учесть активное сопротивление (при условии), то с ростом зазора ток будет расти, а потокбудет уменьшаться (см. рис. 5.3, кривая 2 и 4).

. (5.16)

Рис. 5.3. Зависимость магнитного потока и тока от рабочего зазора

Из (5.16) следует, что с ростом рабочего зазора поток уменьшается, как это имеет место и в цепи постоянного тока. Однако в магнитных цепях переменного тока уменьшение потока является следствием роста падения напряжения на активном сопротивлении обмотки, а в цепи постоянного тока — роста магнитного сопротивления воздушного зазора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector