Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Подведение итогов.

ПЛАН-КОНСПЕКТ

 

проведения занятия по дисциплине«Охрана труда»

со слушателями по программе: «Профессиональная переподготовка водителей для работы на специальных агрегатах автоподъемника коленчатого пожарного»

Тема № 9 «Аварийные режимы работы электроустановок, причины пожаров и загораний от электроустановок»

Литература:

Основная:

1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Правила противопожарного режима в Российской Федерации. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 25 апреля 2012 г. №390.

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание 6 и издание 7.

4. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации от 13 января 2003 г. № 6 «Об утвержденииПравил технической эксплуатации электроустановок потребителей». Зарегистрировано в Министерстве юстиции Российской Федерации 22 января 2003 года, регистрационный № 4145.

5. Приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 24 июля 2013 г. № 328н " Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок". Зарегистрировано в Министерстве юстиции Российской Федерации 12 декабря 2013 г., регистрационный № 30593.

6. ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования.

7. Хмельницкий Р.С., Шеховцова Н.А. Быстродействующие плавкие предохранители. М.: Информэлектро, 1983. 44с.

8. Костарев Н.П., Черкасов В.Н. Методы оценки пожарной безопасности электроустановок: Учеб. пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. – 107с.

9. Сайт https://electrik. info/ [Электронный ресурс].

10. Сайт https://electricalschool. info/ [Электронный ресурс].

Дополнительная:

1. Сайт https://electrorabota.ru [Электронный ресурс].

2. Корякин-Черняк С.Л. Справочник домашнего электрика. – 2 изд. перераб. и доп. - СПб.: Наука и техника, 2004. – 480 с.

Опрос по пройденному материалу 10 минут

1. Дайте определение понятию «трансформатор».

2. Перечислите основные типы виды трансформаторов.

3. В чем состоит принцип действия трансформатора?

4. Назначение автотрансформатора.

5. Каковы функции масла в маслонаполненных трансформаторах.

6. Дайте определение электрической станции.

7. Классификация электрических станций по виду используемой природной энергии.

8. Для чего предназначена трансформаторная подстанция.

9. Назовите основные виды трансформаторных подстанций.

10. Назовите основные причины пожаров трансформаторных подстанций и маслонаполненного оборудования.

 

 

Изложение нового материала 60 минут

1. Аварийные режимы работы электроустановок (короткое замыкание, перегрузка электрической сети, переходное сопротивление, токи утечки, искрение и электрические дуги), приводящие к пожарам.

2. Тепловое действие тока. Способы защиты электрических цепей при аварийных режимах работы. Предохранители, их номинальные параметры. Автоматические устройства защиты электрических сетей.

 

 

№ п/п Учебные вопросы Время, мин.

 

1. Аварийные режимы работы электроустановок (короткое замыкание, перегрузка электрической сети, переходное сопротивление, токи утечки, искрение и электрические дуги), приводящие к пожарам 1.1. Аварийный режим работы электроустановки – режим работы, сопровождающийся отклонением рабочих параметров от предельно-допустимых значений, характеризующийся повреждением, выходом из строя электрооборудования, возможным перерывом электроснабжения или представляющий угрозу жизни людей. Анализ пожаров, возникающих при эксплуатации электроустановок, показывает, что наиболее частыми причинами их являются: - короткие замыкания в электропроводках и электрическом оборудовании; - токовые перегрузки электропроводок и электрооборудования; - большие переходные сопротивления в местах контактных соединений; - токи утечки, - искрение и электрические дуги) - появление напряжения на строительных конструкциях и технологическом оборудовании; - воспламенение горючих материалов, находящихся в непосредственной близости от электроприемников, включенных на продолжительное время и оставленных без присмотра; - разрыв колб электроламп и попадание раскаленных частиц нити накаливания на легкогорючие материалы и др. 1.2. Короткие замыкания Короткие замыкания возникают в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановок. Опасные повреждения кабелей и проводок могут возникать вследствие чрезмерного растяжения, перегибов, в местах подсоединения их к электродвигателям или аппаратам управления, при земляных работах и т. п. При нарушении изоляции на жилах кабеля возникают утечки тока, которые затем перерастают в токи короткого замыкания. В зависимости от характера повреждения внутри кабеля может нарастать аварийный процесс короткого замыкания с сопутствующим мощным выбросом в окружающую среду искр и пламени. Так как многие виды электрооборудования не являются влаго- и пыленепроницаемыми, то производственная пыль (особенно токопроводящая сажа, копоть, графит), химически активные вещества и влага проникают внутрь их оболочки и оседают на поверхности электроизоляционных частей и материалов. Некоторые нагревающиеся части электрооборудования при остановке охлаждаются, поэтому на них часто выпадает конденсат воды. Все это может привести к повреждению и переувлажнению изоляции и вызвать чрезмерные токи утечки, дуговые короткие замыкания, перекрытия или замыкания как изолированных обмоток, так и других токоведущих частей. Изоляция электроустановок может повреждаться при воздействии на нее высокой температуры или пламени во время пожара, из-за перенапряжения в результате первичного или вторичного воздействия молнии, перехода напряжения с установок выше 1000 В на установки до 1000 В и т. д. Причиной короткого замыкания может быть схлестывание проводов воздушных линий электропередач под действием ветра и от наброса на них металлических предметов. К возникновению короткого замыкания могут привести ошибочные действия обслуживающего персонала при различных оперативных переключениях, ревизиях и ремонтах электрооборудования. Профилактика короткого замыкания Наиболее действенным предупреждением короткого замыкания являются правильный выбор, монтаж и эксплуатация электрических сетей, машин и аппаратов. Конструкция, вид исполнения, способ установки и класс изоляции применяемых машин, аппаратов, приборов, кабелей, проводов и прочего электрооборудования должны соответствовать номинальным параметрам сети или электроустановки (току, нагрузке, напряжению), условиям окружающей среды и требованиям ПУЭ (Правила устройства электроустановок). Особенно строго следует соблюдать регулярное проведение осмотров, ремонтов, планово-предупредительных и профилактических испытаний электрооборудования во взрывоопасных установках как при приемке его, так и при эксплуатации. Кроме того, должна быть предусмотрена электрическая защита сетей и электрооборудования. Основное назначение электрической защиты заключается в том, что питание поврежденной в любом месте проводки должно быть прекращено раньше, чем произойдет опасное развитие аварии. Наиболее эффективными аппаратами защиты являются быстродействующие реле и выключатели, установочные автоматы и плавкие предохранители. 1.3. Перегрузки Перегрузкой называется такой аварийный режим, при котором в проводниках электрических сетей, машин и аппаратов возникают токи, длительно превышающие величины, допускаемые нормами. Одним из видов преобразования электрической энергии является переход ее в тепловую. Электрический ток в проводниках электрических сетей, машин и аппаратов выделяет теплоту, рассеивающуюся в окружающем пространстве. Проводники при этом могут нагреваться до опасных температур. Так, для голых медных, алюминиевых и стальных проводов воздушных линий максимально допустимая температура не должна превышать 70°С. Объясняется это тем, что с повышением температуры усиливаются окислительные процессы и на проводах (особенно в контактных соединениях) образуются окиси, имеющие высокое сопротивление; увеличивается сопротивление контакта, и следовательно, выделяемая в нем теплота. С увеличением температуры соединения увеличивается окисление, а это может привести к полному разрушению контакта провода. Весьма опасным является перегрев изолированных проводников, особенно с горючей изоляцией, приводящий к ускорению её износа (старению). Старение изоляции оценивается в относительных единицах. За единицу принимается старение, соответствующее работе при температуре, допускаемой нормами для данного рода изоляции. Для расчетов обычно пользуются установленным экспериментально «восьмиградусным правилом». По этому правилу длительное повышение температуры проводника сверх допустимого на каждые 8°С, приводит к ускорению износа его изоляции вдвое. Опыты показали, что продолжительность срока службы изоляции в электродвигателях при нагреве до 100°С будет 10 – 15 лет, а при 150°С сокращается до l, 5 – 2 мес. Старение изоляции характеризуется уменьшением ее эластичности и механической прочности. Сильно состарившаяся изоляция под влиянием вибрации при работе трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. п. начинает растрескиваться и ломаться. Следствием этого могут быть электрический пробой изоляции и повреждение электроустановки, а при наличии сгораемой изоляции и пожаро- и взрывоопасной среды – пожар или даже взрыв. Причиной возникновения перегрузки может быть неправильный расчет проводников при проектировании. Если сечение проводников занижено, то при включении всех предусмотренных электроприёмников возникает перегрузка. Перегрузка может возникнуть из-за дополнительного включения электроприёмников, на которые проводники сети не рассчитаны. Профилактика перегрузок Чтобы избежать перегрузки или ее последствий, при проектировании необходимо правильно выбирать сечения проводников сетей по допустимому току, а также электродвигатели и аппараты управления. В процессе эксплуатации электрических сетей нельзя включать дополнительно электроприёмники, если сеть на это не рассчитана. При эксплуатации машин и аппаратов не следует допускать нагрев их до температуры, превышающей предельно допустимую. Для защиты электроустановок от токов перегрузки наиболее эффективными являются автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей и плавкие предохранители. 1.4. Переходные сопротивления Переходными называются сопротивления в местах перехода тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения. В таком контактном соединении за единицу времени выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное квадрату тока и сопротивлению участков действительного соприкосновения. Количество выделяемой теплоты может быть столь значительным, что места переходных сопротивлений сильно нагреваются. Следовательно, если нагретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, возможно их воспламенение, а соприкосновение этих мест со взрывоопасными концентрациями горючих пылей, газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей явится причиной взрыва. Профилактика пожаров от контактных сопротивлений Чтобы увеличить площади действительного соприкосновения контактов, необходимо увеличить силы их сжатия путем применения упругих контактов или специальных стальных пружин. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания плоскостей будут несколько сминаться, при этом увеличатся размеры соприкасающихся основных площадок и появятся новые дополнительные площадки касания. Переходное сопротивление контакта снизится, уменьшится и нагрев контактного устройства. Для отвода тепла от точек соприкосновения и рассеивания его в окружающую среду необходимы контакты с достаточной массой и поверхностью охлаждения. Особое внимание следует уделять местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах для удобства и надежности контакта применяют наконечники различной формы и специальные зажимы, что особенно важно для алюминиевых проводов. Для надежности контакта предусматривают также пружинящие шайбы и бортики, препятствующие растеканию алюминия. В местах, подвергающихся вибрации, при любых проводниках необходимо применять пружинящие шайбы или контргайки. Все контактные соединения должны быть доступны для осмотра – их систематически контролируют в процессе эксплуатации. Существует несколько способов соединения проводов; основные из них – пайка, сварка, механическое соединение под давлением (опрессование). При пайке необходим источник тепла с температурой, достаточной для нагревания соединяющихся проводов и плавления дополнительного металла (олова или оловянно-свинцовых припоев). Во время пайки изолированных проводов следует применять предохранительные меры, чтобы не повредить изоляцию. Сварка проводов (электрическая и газопламенная) обеспечивает надежный электрический контакт (что особенно важно для алюминиевых проводов), однако это сложная операция, требующая большого опыта. Соединение проводов пайкой и сваркой не допускается в помещениях со взрывоопасной средой. Наиболее распространено в настоящее время соединение проводов механической опрессовкой специальными клещами и гидропрессом. Этот способ дает хороший электрический контакт, не требует источника тепла и дефицитных припоев и допускается в помещениях с взрывоопасной средой. Жилы проводов и кабелей в местах соединений и ответвлений должны иметь такую же изоляцию, как и в целых местах этих проводов и кабелей. Для уменьшения влияния окисления на контактное сопротивление размыкающиеся контакты конструируют таким образом, чтобы размыкание и замыкание их сопровождались скольжением (трением) одного контакта по другому. При этом тонкая пленка окислов разрушается, удаляется с площадки действительного касания контактов, и происходит самоочищение контактов. Контакты из меди, латуни и бронзы защищают от окисления лужением тонким слоем олова или сплава олова и свинца. Лужение медных контактов особенно эффективно в наружных установках, в сырых или содержащих активные газы и пары помещениях и при температуре воздуха выше 60°С. В процессе эксплуатации необходимо систематически следить за тем, чтобы контакты аппаратов, машин и т. п. плотно и с достаточной силой прилегали друг к другу. Существенную роль играет защитная смазка, предохраняющая контактную поверхность от быстрого окисления. 1.5. Токи утечки Воспламенение изоляции электропроводки может произойти под действием токов утечки, вызванных старением изоляционных материалов, их механическими повреждениями или разрушением под действием температуры и агрессивной среды. Под действием возникшего тока утечки температура изоляции повышается, причем из-за отрицательного температурного коэффициента твердых диэлектриков этот процесс сопровождается уменьшением сопротивления изоляции, что приводит к дальнейшему росту тока утечки. Нагрев изоляции приводит к ее разложению с выделением легко воспламеняющих продуктов и воспламенению при достижении температуры 220 °С – для резиновой изоляции и 560 °С – для поливинилхлоридной. При этом воспламенение изоляции может произойти при весьма малых значениях токов утечки. В процессе исследований зажигающего действия токов утечки, проведенных в испытательной пожарной лаборатории управления пожарной охраны, минимальный зажигающий ток утечки составил: - для провода АППВС - 54 мА (11, 8 Вт) при времени действия 39, 3 с; - для провода АПВ - 114 мА (25 Вт) при времени действия от 14, 7 с до 48, 5 с; - для провода АПР - 68 мА (15 Вт) при времени действия от 101, 3 с до 161, 1 с. Необходимо отметить, что статистика пожаров не выделяет токи утечки в качестве самостоятельной причины пожаров, что обусловлено, во-первых, проблемой контроля токов утечки в сетях, а также сложностью определения первопричины пожара при экспертизе, поскольку пожар может быть вызван непосредственно током утечки и привести к к.з., а также развитие тока утечки может привести к короткому замыканию и последующему пожару. 1.6. Искрение и электрическая дуга Искрение есть результат прохождения тока через воздух, при этом может быть: - тлеющий разряд (свечение, корона); -искровой разряд (при достаточном напряжении); - дуговойразряд, с оплавлением металла (при достаточной мощности). Искрение наблюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой, при пробое изоляции между проводниками, в местах плохих контактов, при работе электрических машин между коллектором и щетками. Под действием электрического поля воздух между проводниками ионизируется и при достаточной величине напряжения происходит разряд – электрическая искра, а при большей мощности искровой разряд переходит в электродугу. При наличии в помещении легкогорючих веществ или взрывоопасных смесей искры и электродуги могут вызвать пожар или взрыв. Нужно запомнить, что искрение и электрическая дуга обязательно возникают в нормальных условиях работы при размыкании контактов, при сварочных работах. В этих случаях необходимо не допускать их контакта с горючей средой, для чего искрящие части электрооборудования заключают в защитные оболочки (кожухи), а при электросварочных работах применяют целый ряд защитных мероприятий. Искрение также может возникать в следующих случаях: - принеплотностях контактов; - присопротивлении оголенных проводов; - приплохом уходе за щетками и коллектором электродвигателей; - приразряде статического электричества (от вторичных проявлений молнии электростатическая и электромагнитная индукция, занос высоких потенциалов). Также нужно знать, что искрение опасно только при наличии горючей среды. Особенно опасно искрение в помещениях взрывоопасных и пожароопасных по ПУЭ. Профилактика пожаров отискрения и электрической дуги Для уменьшения пожарной опасности от электрического искрения и дуг необходимо: - искрящие по условиям работы части машин, аппаратов закрывать специальными кожухами; - выносить искрящее оборудование за пределы взрывоопасных зон; - оснащать коммутирующие аппараты искро- и дугогасителями; - применять аппараты в искробезопасном или маслонаполненном исполнении; - обеспечивать необходимую плотность контактов (соединений). При электросварочных работах для защиты от статического электричества, а также от вторичных проявлений молний разрабатываются мероприятия по соответствующим инструкциям и правилам. 1.7. Вихревые токи Вихревыми токами (токами Фуко) называются токи, которые индуцируются в массивных металлических телах при пересечении их магнитными силовыми линиями. Вследствие вихревых токов в массивных проводниках, движущихся в магнитном поле (якоря двигателей) или находящиеся неподвижно в переменном магнитном поле (сердечники трансформаторов, электромагниты), согласно закону Джоуля-Ленца выделяется определенное количество тепла. Вихревые токи могут сильно нагревать сердечники машин и аппаратов («пожар стали»), что может приводить к разрушению сердечников, изоляции обмоток и даже ее воспламенению. Для уменьшения вихревых токов якоря генераторов, электрических двигателей, сердечники трансформаторов, электромагнитов выполняют наборными из тонких листов электротехнической стали (сталь содержащая до 4% кремния), изолированных друг от друга. Уменьшение сечения и увеличение удельного сопротивления стали увеличивает ее электрическое сопротивление, а следовательно по закону Ома уменьшает силу вихревого тока и его тепловое действие.  
2. Тепловое действие тока. Способы защиты электрических цепей при аварийных режимах работы. Предохранители, их номинальные параметры. Автоматические устройства защиты электрических сетей 2.1. Тепловое действие электрического тока При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается. Количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Ленца – Джоуля. Его формулируют следующим образом. Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник: Q = I2Rt Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в Омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока. Допустимая сила и плотность тока. Превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. Оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и пр.), в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр. Однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д., превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии. Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. Для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока J (сила тока I, приходящаяся на 1 мм2 площади s поперечного сечения проводника): J = I/s Допустимая плотность тока зависит от материала провода (медь или алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр. Например, допустимая плотность тока в проводах обмоток электрических машин не должна превышать 3-6 А/мм2, в нити осветительной электрической лампы – 15 А/мм2. В проводах силовых и осветительных сетей плотность тока может быть различной в зависимости от площади поперечного сечения провода и его изоляции. Например, для медных проводов с резиновой изоляцией и площадью поперечного сечения 4 мм2 допускается плотность тока 10, 2 А/мм2, а 50 мм2 – только 4, 3 А/мм2; для неизолированных проводов тех же площадей сечения – 12, 5 и 5, 6 А/мм2. Уменьшение допустимой плотности тока при увеличении площади поперечного сечения провода объясняется тем, что в проводах с большей площадью сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как сами они окружены нагретыми слоями. Для неизолированных проводов допускается большая температура нагрева, чем для изолированных. Превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей обугливается и даже горит, что может привести к короткому замыканию и пожару. Неизолированные же провода могут при высокой температуре расплавиться и оборваться. Для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание. Для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие устройства. 2.2. Способы защиты электрических цепей при аварийных режимах работы Для защиты электрических цепей от КЗ широко применяются автоматические выключатели: максимальный расцепитель тока, реле тока, предохранители. Аварийные режимы, например перегрузка по току, требуют выбора защиты, наиболее эффективной при той или иной аварии. Так при обрыве фазы асинхронного двигателя наиболее эффективной является минимальная токовая защита и температурная защита. Менее эффективной – тепловая защита (тепловые реле). При заторможенном роторе весьма эффективны максимальные реле тока и температурная защита. Менее эффективна тепловая защита. При технологической перегрузке лучшие результаты дает температурная защита. Эффективны также тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя только температурная защита может защитить двигатель. Понижение сопротивления изоляции статорной обмотки двигателя может спровоцировать как перегрузку в цепи, так и КЗ. Для защиты при этой аварии применяются специальные устройства контроля уровня изоляции обмотки двигателя. Основным аварийным режимом в осветительных установках является КЗ. Защита от перегрузки требуется только для осветительных установок, эксплуатируемых внутри помещений и во взрыво- и пожароопасной среде. Наиболее распространенным аппаратом защиты осветительных установок является автоматический выключатель. При включении ламп накаливания появляется кратковременный бросок тока, в 10-20 раз превышающий номинальный ток. Примерно за 0, 06 с ток снижается до номинального. Значение броска тока определяется мощностью ламп. При выборе типа защиты ламп накаливания необходимо учитывать особенности их пусковых характеристик. Широкое распространение силовой полупроводниковой техники требует применения для ее защиты эффективных устройств. Одним из главных недостатков силовых полупроводниковых приборов является их низкая перегрузочная способность по току, что накладывает жесткие условия на аппаратуру защиты (по быстродействию, селективности и надежности срабатывания). В настоящее время для защиты силовых полупроводниковых приборов от короткого замыкания применяются: быстродействующие автоматические выключатели, полупроводниковые выключатели, вакуумные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы, быстродействующие плавкие предохранители и др. Целесообразность применения той или иной защиты силовых полупроводниковых приборов определяется конкретными условиями их эксплуатации. Особое место занимает защита электрических цепей. В настоящее время широко используются сети напряжением от 0, 4 до 750 кВ. Основными, наиболее опасными и частыми видами повреждений в сетях являются КЗ между фазами и фазой на землю. Основная масса потребителей работает в сетях напряжением 0, 4 кВ, 6 и 10 кВ. Для питания стационарных силовых потребителей и осветительных установок общего назначения применяются трехфазные четырехпроводные сети напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью. Силовые потребители питаются от источника линейного напряжения, а осветительные приборы – от источника фазного напряжения. Мощные силовые потребители, например, электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, питаются напряжением 660 В, 6 и 10 кВ. Основными аварийными режимами в таких сетях являются: однофазное КЗ (до 60%); трехфазное КЗ (до 10%); двухфазное КЗ на землю (до 20%); двухфазное КЗ (до 10%). Защита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществляется, как правило, аппаратами защиты, а сети напряжением свыше 1000 В имеют релейную защиту. Самыми распространенными аппаратами защиты сетей являются автоматические выключатели и предохранители. Если требуется иметь защиту с высоким быстродействием, чувствительностью или селективностью, то применяют релейную защиту, выполненную на базе реле и автоматических выключателей. Электрические сети напряжением до 1000 В внутри помещений должны иметь также защиту от перегрузки, выполненную, как правило, на базе автоматических выключателей с тепловым или комбинированным расцепителями. 2.3. Предохранители, их номинальные параметры Современные электрические сети и устройства требуют надежной защиты от возможных перегрузок и коротких замыканий. Основную защитную роль в таких случаях играют различные предохранительные устройства. Среди всего разнообразия этих устройств, наиболее распространенными считаются плавкие предохранители, обладающие высокой степенью надежности, простотой в эксплуатации, а также низкой ценой. Плавкий предохранитель – это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Плавкие элементы предохранителей в основном изготавливают из свинца, цинка, меди, сплавов свинца с оловом. Предохранители предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок, устанавливаются всегда в начале той линии электропроводки, которую они должны защищать. Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока. Работа предохранителя всегда протекает в двух резко отличных друг от друга режимах: нормальном и режиме в условиях перегрузок и коротких замыканий.     График зависимости времени перегорания плавкого элемента от силы тока   Этап первый – работа в штатном режиме сети. При нормальных условиях работы нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом кроме самого элемента нагреваются до установившейся температуры и другие детали предохранителя. Температура не должна превышать допустимых значений. Этап второй – возрастание силы тока в сети. При возрастании силы тока количество выделяемого тепла увеличивается, возникает его большой избыток, который не будет успевать отводиться в окружающую среду, и температура проводника начнет повышаться. При большом увеличении тока проводник может нагреться до температуры плавления металла, из которого он исполнен. В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электрическая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограниченном пространстве патрона предохранителя. К основным параметрам предохранителей относятся номинальный ток, номинальное напряжение, предельно отключаемый ток. Номинальный ток – это ток, который плавкая вставка выдерживает неограниченно долгое время. Номинальное напряжение – это напряжение, при котором предохранитель работает длительное время.   Устройство плавкого предохранителя В состав входит корпус или патрон, обладающий электроизоляционными свойствами, и, непосредственно сама плавкая вставка. Ее концы соединяются с клеммами, которые последовательно включают предохранитель в электрическую цепь, совместно с защищаемым устройством или электрической линией. Материал плавкой вставки выбирается с таким расчетом, чтобы он мог расплавиться раньше, чем температурный показатель проводов выйдет на опасный уровень, либо потребитель в результате перегрузки выйдет из строя. Исходя из конструктивных особенностей, плавкие предохранители могут быть патронными, пластинчатыми, пробочными и трубочными. Расчетная сила тока, которую способна выдержать плавкая вставка, указывается на корпусе устройства. Характеристики плавких предохранителей Основная характеристика заключается в прямой зависимости времени плавления от силы тока. То время, за которое плавкая вставка перегорает, соответствует определенному току. Кроме временного показателя существуют и другие характеристики, с помощью которых производится определение типов плавких предохранителей. Среди них, в первую очередь, следует отметить номинальный ток, являющийся основной величиной. Выбирая устройство по этому показателю, должна учитываться нагрузка электрической цепи, а также условия работы предохранителя. В некоторых случаях, номинальный ток может быть выше, чем ток в самой электрической цепи. Например, в пусковых устройствах электродвигателей, чтобы избежать перегорания предохранителя во время пуска.   Промышленные высоковольтные предохранители   Кроме того, используется такой показатель, как номинальное напряжение. Для того чтобы плавкие предохранители обеспечивали надежную защиту, значение данной величины должно быть больше или равно напряжению защищаемого объекта. Например, предохранитель с номинальным напряжением 400 вольт может использоваться для защиты цепей на 220 вольт, но ни в коем случае, наоборот. Предохранители обладают простой конструкцией. Они широко используются в электроустановках, включая высоковольтное оборудование до 10 кВ, например, в защитах измерительных трансформаторов напряжения. Автоматический электрический предохранитель     Внутреннее устройство автоматического предохранителя просто. Принцип действия основан на нагреве биметаллической пластины, которая при повышении температуры сгибается, что и запускает механизм срабатывания электрического автомата предохранителя.   Силовая электрическая цепь проходит через обмотку (из высокоомного материала, но с большим сечением, чтобы не создавать дополнительное электрическое сопротивление и падение напряжения в электросети) внутри предохранителя. Эта обмотка обвита вокруг пластины (из биметалла). При номинальных значениях силы тока в сети температура практически не действует на пластину, а вот в случае перегрузки чрезмерного тока оказывается достаточным для срабатывания данного механизма защиты, что разрывает контакты внутри автоматического предохранителя и обесточивает электросеть. Если сравнивать по надёжности обычные плавкие предохранители и автоматические, то у первых (плавких) надёжность будет повыше. Хотя они и проигрывают по удобству эксплуатации. У плавких предохранителей по их принципу работы не может быть отказов, а вот у автоматов в силу их более сложной конструкции могут быть залипания контактов, заедания механизма срабатывания, износ биметаллической пластины, что препятствует нормальному срабатыванию защиты по току. В таком случае надёжнее будет поставить последовательно два варианта токовой защиты. Плавкий предохранитель на более высокое значение перегорания, и автоматический – на номинальное значение срабатывания. При обычных перегрузках будет срабатывать автомат, а в случае когда автоматический предохранитель по той или иной причине не сработает на помощь придёт плавкий предохранитель. Первые электрические автоматы-предохранители внешне были похожи на обычные плавкие предохранители и вставлялись в те же посадочные места, что и первые. Со временем и развитием новых технологий и стандартов прежние модели постепенно начали развиваться и менять, как свой внешний вид, так и внутреннее устройство. Так появились современные автоматические переключатели, которые совмещают в себе несколько функций одновременно. Вдобавок с электронными схемами внутри, автоматические предохранители стали ещё надёжней. Они позволяют подключать цифровые устройства контроля, регистрации и дистанционного управления.     В зависимости от внутреннего устройства автоматические предохранители делятся на определённые типы и классы. Одни лучше работают с токами перегрузки, другие более надёжней срабатывают на токи короткого замыкания. Допустим, для бытового использования не особо нужны высокоточные и сверх быстро срабатывающие устройства защиты (хотя было бы неплохо, но они дороже по цене). А вот в электрических системах, где лишние мгновения чреваты большими последствиями, естественно, ставятся очень надёжные и быстро срабатывающие автоматы. 2.4. Автоматические устройства защиты электрических сетей Автомат защиты – это электромеханическое устройство, которое обеспечивает протекание тока в нормальном режиме и автоматическое отключение тока (напряжения) при аварийных ситуациях: коротком замыкании и перегрузке. Кроме защиты от аварийных ситуаций автоматы защиты служат для оперативного выключения и включения питания для электросетей. Попросту говоря автоматы защиты это еще и выключатели отдельных линий электросети или электросети в целом. Автоматы защиты предназначены для защиты электропроводки от короткого замыкания и перегрузки. При перегрузке или коротком замыкании автоматы защиты отключают (обесточивают) электрическую сеть в которой они установлены. Автоматические выключатели предназначены для защиты электроустановок от коротких замыканий и перегрузок. Такой прибор представляет собой коммутационный аппарат, обладающий способностью включать, выключать и проводить ток при нормальной работе электроустановок, а также совершать те же действия в условиях аномального состояния сети. Отдельные автоматы дополнительно могут обеспечивать защиту от снижения напряжения. Устройства защитного отключения Устройство защитного отключения используется в целях защиты людей от поражения электротоком и для предотвращения возгораний, вызываемых утечкой тока сквозь некачественную изоляцию. Принцип действия УЗО заключается в измерении электробаланса между проводниками и размыкании контактов при превышении (иногда – понижении) дифференциальным током установленных значений. Приборы позволяют значительно повысить безопасность человека и жилища в случае замыкания, однако не способны полностью исключить поражение током или возгорание. Они не реагируют на аварийные ситуации и не срабатывают в том случае, когда человек попал под напряжение, а утечка при этом не произошла. Например, такое возможно при единовременном прикосновении к нулевому и фазному проводникам. Дифференциальные автоматы Дифференциальный автомат совмещает в себе функции двух вышеуказанных устройств и является одним из наиболее эффективных средств защиты как от пожаров и поражения током, так и от длительной перегрузки сети. Конструктивно дифавтомат состоит из двух отдельных узлов: автоматического выключателя, прерывающего подачу тока при повышении напряжения, и модуля дифференциальной защиты, направленного на предотвращение поражения током. Прибор имеет высокую механическую износостойкость, может работать даже при сверхнизком напряжении до 50 В и оснащен индикацией срабатывания по дифференциальному току. Мгновенная реакция на неполадки в сети является основным достоинством подобного оборудования. Автоматические выключатели Назначением механического коммутационного аппарата, называемого автоматическим выключателем, является: · - включение, пропускание, отключение токов при нормальном режиме цепи; · - автоматическое снятие напряжения с электроустановки при аварийных режимах, например, токах металлических коротких замыканий. Автоматические выключатели работают в режимах многоразовых защит от КЗ и перегрузок. Возможность многократного использования считается их основным отличием от предохранителя.   Современные автоматические выключатели   В современных электрических схемах работают усовершенствованные конструкции зарубежных и отечественных производителей. Все они заключены в диэлектрические корпуса, имеют общие исполнительные органы, обеспечивающие тепловое расцепление цепи при небольшом превышении допустимого значения тока и электромагнитную отсечку при резких бросках нагрузки: - дугогасящие камеры; - контактные системы. В случае нагрева энергией выделяемого тепла работает биметаллическая пластина, изгибающаяся от температурного воздействия до приведения в работу механизма расцепления. Эта функция зависит от количества выделенной теплоты и растянута по времени до определенного момента. Отсечка действует максимально быстро от срабатывания электромагнитного соленоида с возникновением электрической дуги. Для ее гашения применяются специальные меры. Усиленные контакты рассчитаны на многократные разрывы максимальных токов КЗ в цепи. Эксплуатационные отличия автоматических выключателей от предохранителей Защитные свойства обоих методов проверены временем, причем каждый способ требует анализа конкретных условий эксплуатации при оценке стоимости конструкции с учетом длительности и надежности работы. Предохранители проще устроены, отключают схему одноразово, дешевле. Ими можно снимать напряжение вручную, но это, как правило, не очень удобно. Однако, при незначительных превышающих токах они долго отключают нагрузку. Этот фактор может служить поводом повышенной пожарной опасности. Любой предохранитель защищает всего одну фазу сети. Автоматические выключатели сложнее, дороже. Зато они точнее настраиваются под уставки защищаемой электросхемы, подбираются по рабочему расчетному току с учетом коммутируемых мощностей. Корпуса современных автоматов обладают повышенной устойчивостью к термическому воздействию. Они не плавятся, стойки к воспламенению. Для сравнения: полистирольный корпус старых выключателей мог противостоять температурам не выше 70 градусов. Конструктивное исполнение позволяет подбирать модели для одновременного размыкания от одной до четырех электрических цепей. Если в трехфазной цепи использовать предохранители, то они будут снимать напряжение со схемы с разными выдержками времени, что может стать дополнительной причиной развития аварии. Преимущества выключателей: - надежность; - быстрое время отключения аварий; - разнообразие конструкций; - большее количество защитных функций; - способность коммутации нескольких участков; - снижение пожарной опасности; - простота ручных коммутаций; - удобный монтаж. Устройство и принцип работы автоматического выключателя Устройство автоматического выключателя Устройство автомата будет рассмотрено на примере конструкции модульного типа. На рисунке 1 цифрами показаны основные детали, из которых состоит устройство: 1 -рычаг взвода или (механический расцепитель); 2a и 2b -винтовые клеммы для подключения проводов; 3 -подвижный силовой контакт; 4 -неподвижный силовой контакт; 5 -биметаллическая пластина; 6 -регулировочный винт теплового расцепителя; 7 -катушка соленоида мгновенного расцепителя; 8 -решётчатая дугогасительная камера (для поглощения электрической дуги, возникающей вследствие размыкания контактов); 9 -фиксатор для крепления на DIN-рейку (металлическая рейка специальной формы, шириной 35 мм, для крепления модульных устройств); 10 -устройство взвода; 11 -механизм расцепления; 12 -пластиковый корпус; 13 -технологические отверстия для сборки корпуса из двух половин; 14 -гибкие проводники. Принцип работы автоматического выключателя Любая электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки. Для лучшего понимания давайте предположим, условно, что прохождение тока будет от клеммы L до клеммы N. На рисунке 2 путь тока изображен стрелками.   Для того, чтобы защитить провода, питающие нагрузку от короткого замыкания и перегрузок, между фазной клеммой и нагрузкой устанавливается автоматический выключатель, по схеме, показанной на рисунке 3. Здесь путь тока будет таким: (см. рисунки 1 и 3) фазный проводник источника питания (L)→ винтовая клемма (2a)→ неподвижный силовой контакт (4)→ подвижный силовой контакт (3)→ гибкий проводник (14)→ катушка соленоида мгновенного расцепителя (7) → гибкий проводник (14)→ биметаллическая пластина (5)→ винтовая клемма (2b) → провод, идущий от винтовой клеммы (2b) к нагрузке → нагрузка (эконом-лампа) → нулевой проводник источника питания (N). Такой режим будет считаться нормальным рабочим, или номинальным, так как через автомат будет протекать ток нагрузки, который меньше или равен его номинальному значению, тем самым обеспечивая свечение лампы. Принцип работы автоматического выключателя в режиме перегрузки Если вместо лампы освещения (рис. 4) одновременно включить мощные потребители, например, утюг, стиральную машину, особенно в режиме максимального нагрева воды, микроволновую печь, и т.д. то это может превысить номинальный токовый режим автомата и через некоторое время, в зависимости от величины тока, сработает тепловая защита. Тепловая защита устройства (рис. 1) состоит из биметаллической пластины (5), которая под действием тока, превышающего номинальный (примерно от 13% до 45%), изгибается и приводит в действие механизм расцепления (11). Подвижный (3) и неподвижный (4), контакты разомкнутся и обесточат нагрузку.     Принцип работы автомата в цепи короткого замыкания Принципиальная схема защитного устройства в цепи короткого замыкания приведена на рисунке 5. Здесь пунктирной линией показан участок цепи, по которому будет проходить ток короткого замыкания. Чаще всего такие неприятные моменты могут возникнуть, например: - при замыкании фазного и нулевого проводников в штепсельной вилке переносного электроинструмента, удлинителях, электрических розетках (особенно старых выпусков); - при замыкании в распределительных (распаечных) коробках по причине попадания влаги (например, затопили соседи сверху); - при перегреве и оплавлении изоляции (неправильный выбор сечения или марки провода); - при старении изоляции провода и т.д.; - при небрежном обращении с электроприборами и переносным электроинструментом. При коротком замыкании ток в цепи автомата может достигнуть нескольких тысяч ампер. При таком токе в автоматическом выключателе срабатывает устройство мгновенной защиты. Устройство мгновенной защиты состоит из катушки соленоида и механизма расцепления контактов. Внешний вид и устройство катушки соленоида показаны на рисунках 6 и 7.       Катушка соленоида (1)намотана на диэлектрический каркас (2), внутри которого находятся обойма (3), толкатель (4), пружина (5) и сердечник (якорь) (6). Принцип работы соленоида следующий. Когда по обмотке протекает ток, превышающий в 2-10 раз номинальный, сердечник втягивается внутрь катушки и при помощи якоря и толкателя воздействует на механизм расцепления, разрывая подвижный и неподвижный контакты. Таким образом, электрическая цепь разрывается и нагрузка обесточивается. Вот такой принцип работы защиты при возникновении короткого замыкания в цепи нагрузки. Устройство мгновенной защиты срабатывает весьма быстро (за доли секунды), что гарантирует надёжную защиту электропроводки.  

3. Закрепление нового материала:

3.1. Каковы причины возникновения пожара при пользовании электрическим током?

3.2. Каковы причины возникновения короткого замыкания?

3.3. Что такое «перегрузка» в сети электрического тока?

3.4. Дайте определение понятию «переходное сопротивление».

3.5. Для каких целей в электросетях используют плавкие или автоматические предохранители?

3.6. Каков принцип действия плавкого предохранителя?

3.7. Почему нельзя применять предохранители, «отремонтированные» перемыканием контактов проволокой (установкой «жучков»)?

3.8. Поясните принцип действия автоматического предохранителя.

3.9. Поясните принцип действия автоматического переключателя.

Подведение итогов.

5. Задание на самоподготовку:

5.1. Изучить статью 82 «Требования пожарной безопасности к электроустановкам зданий, сооружений и строений», главу 32 «Требования пожарной безопасности к электротехнической продукции» (статьи 141, 142, 143) Федерального закона Российской Федерации от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Трансформаторные подстанции. | Снаряжение для туристских путешествий.




© 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.