Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Матеріали топких вставок.






Топкі вставки виготовляють із міді, цинку, свинцю або срібла. Основні технічні дані цих матеріалів наведені в таблиці 1.1.

Срібло відрізняється від міді повною стійкістю до корозії, що дає гарантію від неправильних вимикань із-за окислення і дозволяє впевнено експлуатувати вставки із срібла при більш високих перегрівах, ніж для мідних вставок. Але срібло для топких вставок застосовується рідко внаслідок його дорожнечі.

Таблиця 1.1.

Матеріал топких вставок Густина, кг/дм3 Температура топлення при нормальному тиску, °С Електричний опір при 15 °С, Ом/мм2 Гранично допустима температура топкої вставки, °С
Мідь 8, 93   0, 0135  
Свинець 11, 34   0, 21  
Цинк 3, 1   0, 06  
Срібло 10, 5   0, 016… 0, 0135 Залежить від конструкції запобіжника

Мідь має відносно малий електричний опір, питомі втрати в ній невеликі і тому при інших однакових умовах: однакових перерізах, однаковій густині струму – теплота, яка виділяється в міді топкої вставки, відносно мала. Температура топлення міді, навпаки, відносно велика і тому можна було б вставку з міді виконати малого поперечного перерізу, змушуючи її працювати при температурі більшій, ніж це вказано в таблиці 1.1. Маса металу в такій вставці була б мала – це суттєво підвищило б комутаційну здатність запобіжника. Однак таке виконання вставки не може бути реалізовано внаслідок таких обставин:

1) при більш високій температурі мідна топка вставка окислюється, струмоведучий переріз протягом часу зменшується, контакти погіршуються і перегрів починає наростати аж до топлення вставки при струмі, меншому за номінальний.

2) при більш високій температурі топкої вставки неприпустимо підвищується перегрів патрона і контакту запобіжника, а також може підвищитися температура сусідніх частин обладнання. Найвищий допустимий стандартами перегрів контактів запобіжника над температурою середовища дорівнює 80 °С, а перегрів гвинтів для приєднання зовнішніх провідників визнаний рівним 55 °С. Для того, щоб перегрівання контактів не перевищували прийнятих стандартами значень, необхідно, як це встановлено практикою, щоб перегрів самої топкої вставки в умовах нормальної експлуатації не був вищий 250 °С.

Покращення характеристик мідних топких вставок досягається втопленням олов’яної кульки в середину вставки. Олово, топиться при температурі 232°С, яка значно менша, ніж температура топлення міді, і розчиняє мідь вставки в місці зіткнення з нею. Дуга, яка з’являється при цьому, розтоплює всю вставку і гасне. Електричне коло розривається. Цей ефект називається металургійним.

Таким чином, накрапляння олов’яної кульки приводить до того, що мідні вставки, по-перше, реагують з витримкою часу на такі малі перевантаження, на які вони при відсутності розчинника зовсім не реагували б. Наприклад, мідний дріт діаметром 0, 25 мм із розчинником топиться при температурі 280°С за 120 хв. По-друге, при одній і тій же достатньо великій температурі (тобто при однаковому навантаженні) вставка з розчинником реагує набагато швидше, ніж вставка без розчинника.

Застосування олов’яного розчинника дозволяє одержати надійні і дешеві мідні вставки, які працюють при порівняно низькій експлуатаційній температурі і мають відносно малий об’єм і масу металу, і в той же час мають велику швидкодію при великих перевантаженнях і реагують з витримкою часу на відносно малому перевантаженні.

До числа недоліків вставок з розчинником потрібно віднести застосування їх в колах з малими струмами, а також експлуатаційні незручності, пов’язані з розкидом характеристик.

Свого часу свинець застосовували для топких вставок. Він добре протистоїть корозії, має малу температуру топлення. Однак маса металу в свинцевій вставці виходить дуже велика, так як електричний опір свинцю в 12 разів більший, ніж міді, що при великій температурі вставки приводить до недопустимого перегріву патронів і контактів. Необхідно знижувати експлуатаційну температуру вставки до значення не більше 150°C, що приводить до необхідності ще більше знижувати густину струму, тобто ще більше збільшувати переріз і масу металу вставки. В результаті маса свинцевої вставки (враховуючи більшу густину свинцю) стає в десятки разів більшою маси мідної вставки. Швидке розтоплення або розрив такої маси свинцю струмом КЗ супроводжується виділенням великої кількості енергії, яку патрон запобіжника не в змозі поглинути і розсіяти. Такі запобіжники виявляються малостійкими до струмів КЗ.

Цинк частіше використовується для виготовлення топких вставок. Вставки з цинку стійкі проти корозії, тому, не зважаючи на відносно малу температуру топлення, для них можна допустити таку ж граничну температуру, як і для міді (250 °С). Але електричний опір цинку у 3-4 рази більший, між міді. Щоб зберегти ту ж температуру вставки, потрібно зменшити втрати енергії в ній, тобто відповідно збільшити її переріз. Вставка виходить значно більшою, масивнішою, ніж при інших рівних умовах, що приводить до зниження комутаційної здатності запобіжника. Крім того, при масивній вставці з температурою 250 °С не вдалося б у тих же габаритах утримати на допустимому рівні температуру патрона і контактів. Усе це змушує знизити граничну температуру цинкових вставок до 200 °С, а для цього потрібно ще більше збільшити переріз вставки. Радикальний вихід – обладнання ступінчатих вставок, тобто вставок із перешийками.

Конструкція топких вставок. Щоб зменшити об’єм розтопленого металу і збільшити швидкодію КЗ, топкі вставки роблять з декількома паралельними витками. При цьому поліпшуються умови охолодження вставки, краще використовується весь об’єм патрона для розсіювання енергії дуги, зменшується об’єм металу як в окремих витках, так і в усій вставці в цілому, поліпшуються умови гасіння дуги і т. і.

У топких вставках звичайно роблять два або більше вузьких коротких перешийки. При КЗ вони мають значний опір і обмежують силу струму, зменшують час вимкнення і збільшують вимикальну здатність. Через те, що дуги виникають перш за все по черзі на перешийках, які мають великий опір, а не зразу на всій довжині і по всьому перерізу вставки, то це зменшує перенапругу, яка звичайно виникає під час швидкого топлення вставки і нагрівання запобіжника. Навпаки, при малих струмах перевантаження, тобто при відносно великих періодах топлення, температура коротких перешийків завдяки інтенсивному відводу теплоти зрівнюється з температурою решти вставки і перешийки практично не зменшують бажану витримку часу дії запобіжника.

Конструкція запобіжників. По конструкції запобіжники можуть бути розділені на такі основні групи:

1) відкриті;

2) відкриті трубчаті;

3) закриті без наповнювача;

4) відкриті з наповнювачем.

Відкриті топкі запобіжники виготовляються як відкриті одиночні дроти, які закріплені між стійками, або ж конструкції, які складаються з декількох паралельних дротів, припаяних до плоских наконечників.

У відкритих трубчатих запобіжниках топкі вставки у вигляді дротів розташовуються всередині фарфорових трубок, відкритих з обох сторін. Трубки мають на кінцях контактні пластини (ножі). Ножі вставляються в пружинячи контактні стійки. При КЗ дуга викидається в обидва отвори трубки. Гасінню дуги сприяє потік газів і охолодження стінками трубки.

Запобіжники відкритого типу мають невелику вимикальну здатність (менш 5 кА при напрузі 380 В) і внаслідок викиду розтопленого металу і розжарених газів із відкритих кінців трубки при перегоранні топкої вставки небезпечні в експлуатації, тому в сучасних розподільчих пристроях їх застосування неприпустиме.

Запобіжники з закритим патроном без наповнювача серії ПР виготовляють на напругу 220… 500 В з номінальними значеннями постійного і змінного струмів 15… 1000 А.

Патрон запобіжника серії ПР (рис. 1.3) складається з товстостінної фібрової трубки 1, на кінцях якої щільно насаджені латунні втулки 2, що охоплюють трубку для запобігання її розриву.

На втулки нагвинчуються ковпаки 3, які закріплюють топку вставку 4, пригвинчену до ножів 5. Шайби 6 захищають топкі вставки від обриву при нагвинчуванні на втулки 2 ковпаків 3.

Вставка зроблена з листового цинку. Вона має два перешийки при коротких патронах і чотири – при довгих. Мідні вставки без розчинника не можна застосовувати в патронах з фібровими трубками, оскільки при мідних вставках температура всередині трубки може досягати 1080°С, що приводить до обвуглювання внутрішньої поверхні трубки.

Рис. 1.3. Конструкція запобіжника ПР-2

 

Гасінню дуги в запобіжниках ПР сприяє виділення газів фібровою трубкою, які, входячи в стовп дуги, деіонізують його, а також створюють підвищений тиск у патроні. При великих струмах тиск досягає значної величини (до 150 атм.). У цьому випадку немає небезпеки прояву затяжної дуги. Головна небезпека – розрив патрона.

Запобіжники ПР застосовуються в електроустановках, де в результаті недостатньо високого рівня технічної експлуатації ще не отримали широкого розповсюдження запобіжники з наповнювачами. Запобіжники ПР широко застосовувалися до недавнього часу у поверхневих і підземних електроустановках, ручних і магнітних пускачах і т. п.

Пробочні запобіжники без наповнювача випускаються на струми до 60А і напруги до 600 В. Вимикальна здатність їх складає близько 1 … 2 кА. Пробочні запобіжники застосовуються в освітлювальних електричних колах, установках зв’язку і сигналізації, колах постійного струму при невеликій їх потужності і т.п.

Запобіжники з закритим патроном з наповнювачем серії ПН на струми 100… 1000 А і напругу 500 В змінного струму призначені для силових електроустановок і мають конструкцію, зображену на рис. 1.4. Корпус запобіжника 1 виготовляється з міцного фарфору. Всередині корпусу розміщені стрічкові топкі вставки 2 і наповнювач (кварцовий пісок). Зовні корпус має форму квадрата. Топкі вставки приварюються до диска 4, якій має кріпитися до пластини 5, що зв’язані з ножовим контактом 9. Пластини 5 кріпляться на корпусі гвинтами, які закручуються в отвори з різьбою.

Для зниження температури топлення вставки на звужені ділянки 8 наносять олов’яні кульки. Для герметизації патрона під пластини 3 кладеться азбестова прокладка 6, що зберігає пісок від вологості. Патрон наповнюється кварцовим піском (не менш 98 % і розмірами зерен 0, 2… 0, 4 мм). Чим більша вимикальна здатність струму, тим меншими повинні бути зерна. Вологість піску повинна бути не більш 3 %.

Топкі вставки з листового матеріалу виконуються у вигляді смужок шириною 2… 6 мм з вузькими перешийками, ширина яких дорівнює 0, 4… 0, 6 мм. Кількість перешийків від 1 до 5. Велику кількість перешийків роблять для більш рівномірного розподілу тиску по осі патрона в запобіжниках з особливо високою вимикальною здатністю. Вона потрібна ще і для затримання зростання струму після появи дуги, яка виникає при великих струмах КЗ. Чим більша товщина плоскої або діаметр круглої вставки, тим більшими повинні бути зерна наповнювача. Як наповнювач, крім кварцового піску, застосовують різні за характером і ступенем подрібнювання дугогасні порошки з крейди, гіпсу, азбесту і т. п.

Рис.1.4 Конструкція запобіжника ПН-2

 

Патрони запобіжників завжди виробляються з фарфору, стеатину або із склотканини, просоченої теплостійким лаком. Бувають конструкції з патронами із скла з низьким коефіцієнтом лінійного розширення для недопущення розтріскування або руйнування патрона при місцевих перегрівах, можливих у момент топлення вставки. Останнім часом розроблена конструкція патрона, при виготовленні якого топка вставка з наповнювачем, скріпленим зв’язуючим складом, заливається пластмасою, що утворює корпус патрона. Гранична вимикальна здатність запобіжників з наповнювачем доведена до 80 кА.

Вибір топких вставок. Практикою встановлено наближене правило, згідно з яким тривала без хибних вимикань експлуатація запобіжника можлива в тому випадку, коли пускові струми не перевищують приблизно половини струму топлення.

Струм топлення визначається за часо-струмовою характеристикою. Наприклад, відомо, що пік навантаження або пусковий струм триває більше 1с. Тоді для запобіжників серії ПН-2 знаходимо, що струм, здатний розтопити вставку за 1 с, приблизно в 5 разів більше від номінального струму вставки: Іпл > 5 Ів.ном. Звідси на підставі вказаного правила отримуємо:

Іпуск =0, 5 Іпл=3, 5· Іном

Інакше кажучи:

Ів.ном = Іпуск /2, 5

Аналогічно неважко встановити значення номінального струму вставок при іншій тривалості піку навантаження.

Наприклад, при тривалості піку навантаження 3, 5 с.:

Ів.ном = Іпуск /2

Для тривалості піку навантаження приблизно 20 с (час розгону спарених вентиляторів часткового провітрювання і подібних механізмів):

Ів.ном = Іпуск /1, 5

На практиці, коли не мають ні точних знань тривалості розгону або графіків роботи установки, ні точної часо-струмової характеристики запобіжника, потрібно користуватися наступним:

а) для захисту відгалужень до окремих двигунів при невеликій частоті тривалості пусків, як, наприклад, у вентиляторів часткового провітрювання, стаціонарних водовідливних установок і подібних механізмів:

Ів.ном = Іпуск /2, 5,

а при великій частоті пусків або при великій їх тривалості, як, наприклад, у двигунів маневрових лебідок та інших механізмів повторно-короткочасного режиму

Ів.ном = Іпуск /(1, 6-20)

б) для захисту ліній, які живлять більше одного двигуна

Ів.ном =(Іо + Іпуск.max)/2, 5,

де Іпуск.max ‑ найбільший пусковий струм;

Іо – сума номінальних струмів усіх двигунів крім того двигуна, у якого пусковий струм є найбільшим.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.