Zaščitne naprave: namen, vrste, klasifikacija, specifikacije, namestitev, značilnosti delovanja, nastavitve in popravila

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Zaščitne naprave so naprave, ki so namenjene zaščiti električnih tokokrogov, električne opreme, strojev in drugih enot pred kakršnimi koli grožnjami, ki ovirajo normalno delovanje teh naprav, kot tudi za zaščito pred preobremenitvami. Pri tem je pomembno opozoriti, da morajo biti pravilno nameščene, delovanje pa mora biti izvedeno natančno v skladu z navodili, sicer lahko zaščitne naprave same povzročijo okvaro opreme, eksplozijo, požar in drugo.

Osnovne zahteve za napeljavo

Za uspešno delovanje naprave mora izpolnjevati naslednje zahteve:

• Zaščitne naprave v nobenem primeru ne smejo preseči temperature, ki je zanje dovoljena pri normalni obremenitvi električnega omrežja ali električne opreme.
• Naprava ne sme odklopiti opreme iz napajanja med kratkotrajnimi preobremenitvami, ki pogosto vključujejo udarni tok, samozagonski tok itd.

Pri izbiri varovalnih vložkov se morate opreti na nazivni tok v delu tokokroga, ki bo ščitil to napravo. To pravilo za izbiro zaščitnih naprav je v vsakem primeru pomembno pri izbiri katere koli naprave za zaščito. Pomembno je tudi razumeti, da se pri dolgotrajnem pregrevanju zaščitne lastnosti znatno zmanjšajo. To negativno vpliva na naprave, saj se lahko v trenutku kritične obremenitve na primer preprosto ne izklopijo, kar bo povzročilo nesrečo.

Zaščitne naprave morajo nujno izklopiti omrežje, če v tem krogu pride do daljših preobremenitev. V tem primeru je treba upoštevati inverzno odvisnost od toka glede na čas osvetlitve.

V vsakem primeru mora zaščitna naprava odklopiti vezje na koncu, ko pride do kratkega stika (kratkega stika). Če pride do kratkega stika v enofaznem vezju, se mora izklop zgoditi v omrežju s trdno ozemljeno nevtralno. Če pride do kratkega stika v dvofaznem vezju, potem v omrežju z izoliranim nevtralnim.

Naprave za zaščito električnega tokokroga imajo prekinitveno zmogljivost I _{pr. Vrednost tega parametra mora ustrezati toku kratkega stika, ki se lahko pojavi na začetku zaščitenega odseka. Če je ta vrednost nižja od največjega možnega toka kratkega stika, se postopek odklopa dela vezja morda sploh ne zgodi ali pa se zgodi, vendar z zamudo. Zaradi tega se lahko poškodujejo ne samo naprave, ki so priključene na to omrežje, ampak tudi sama naprava za zaščito električnega tokokroga. Iz tega razloga mora biti faktor preklopne zmogljivostivečji ali enak največjemu kratkemu stiku.}

Taljive vrste varovalk

Danes obstaja več naprav za zaščito električnih omrežij, ki so najpogostejše. Ena od teh naprav je varovalka. Namen te vrste zaščitne naprave je, da ščiti omrežje pred tokovnimi preobremenitvami in kratkimi stiki.

Danes obstajajo naprave za enkratno uporabo, pa tudi z zamenljivimi vložki. Takšne naprave se lahko uporabljajo tako v industrijskih potrebah kot v vsakdanjem življenju. Za to obstajajo naprave, ki se uporabljajo v progah do 1 kV.

Poleg njih obstajajo visokonapetostne naprave, ki se uporabljajo v RTP, katerih napetost je več kot 1000 V. Primer takšne naprave je lahko varovalka na pomožnih transformatorjih RTP s 6/0, 4 kV.

Ker je namen teh zaščitnih naprav zaščita pred kratkimi stiki in tokovnimi preobremenitvami, se pogosto uporabljajo. Poleg tega so zelo enostavni in enostavni za uporabo, hitra in enostavna je tudi njihova zamenjava, sami po sebi pa so zelo zanesljivi. Vse to je privedlo do dejstva, da se takšne varovalke uporabljajo zelo pogosto.

Za upoštevanje tehničnih lastnosti lahko vzamete napravo PR-2. Glede na nazivni tok je ta naprava na voljo s šestimi vrstami kartuš, ki se razlikujejo po premeru. V kartušo vsakega od njih je mogoče namestiti vložek s pričakovanjem drugačnega nazivnega toka. Zana primer, 15 A kartuša je lahko opremljena tako z 6 A kot 10 A vložkom.

Poleg te lastnosti obstajata tudi koncept spodnjega in zgornjega testnega toka. Kar zadeva spodnjo vrednost preskusnega toka, je to največja vrednost toka, med pretokom katerega v tokokrogu 1 uro odsek vezja ne bo odklopljen. Kar zadeva zgornjo vrednost, je to minimalni tokovni koeficient, ki bo, ko teče 1 uro v tokokrogu, stopil vložek v zaščitni in krmilni napravi.

Odklopniki

Odklopniki imajo enako vlogo kot varovalke, vendar je njihova zasnova bolj zapletena. Vendar se to izravnava z dejstvom, da so stikala veliko bolj priročna za uporabo kot varovalke. Na primer, če se v omrežju pojavi kratek stik zaradi staranja izolacije, potem lahko stikalo odklopi poškodovan del električnega tokokroga iz napajanja. Hkrati se sam krmilni in zaščitni aparat precej enostavno obnovi, po delovanju ne zahteva zamenjave z novim, po popravilih pa lahko ponovno zanesljivo zaščiti odsek vezja, ki je pod njegovim nadzorom. Tovrstna stikala je zelo priročno uporabljati, če je potrebno opraviti kakršna koli rutinska popravila.

Kar zadeva proizvodnjo teh naprav, je glavni kazalnik nazivni tok, za katerega je naprava zasnovana. V zvezi s tem obstaja velika izbira, ki vam omogoča, da izberete najprimernejše za vsako verigo.napravo. Če govorimo o delovni napetosti, potem so tako kot varovalke razdeljene na dve vrsti: z napetostjo do 1 kV in visokonapetostno z delovno napetostjo nad 1 kV. Tu je pomembno dodati, da se visokonapetostne zaščitne naprave za električno opremo in električna vezja proizvajajo v vakuumu, z inertnim plinom ali oljem. Ta zasnova omogoča na višji ravni izklop vezja, ko se pojavi taka potreba. Druga pomembna razlika med odklopniki in varovalkami je, da so narejeni za delovanje ne samo v enofaznih, ampak tudi v trifaznih tokokrogih.

Na primer, v primeru kratkega stika na maso enega od vodnikov elektromotorja bo odklopnik izklopil vse tri faze in ne ene poškodovane. To je bistvena in ključna razlika, saj če je samo ena faza izklopljena, bo motor še naprej deloval na dveh fazah. Ta način delovanja je nujen in močno skrajša življenjsko dobo naprave, lahko pa vodi celo do zasilne okvare opreme. Poleg tega so izdelani avtomatski odklopniki za delo z izmenično in enosmerno napetostjo.

Termični in tokovni rele

Danes je med napravami za zaščito električnega omrežja veliko različnih vrst relejev.

Termični rele je ena najpogostejših naprav, ki lahko zaščiti elektromotorje, grelnike, kakršne koli napajalne naprave predproblem, kot je preobremenitveni tok. Načelo delovanja te naprave je zelo preprosto in temelji na dejstvu, da lahko električni tok segreje prevodnik, skozi katerega teče. Glavni delovni del katerega koli toplotnega releja je bimetalna plošča. Ko se segreje na določeno temperaturo, se ta plošča upogne, kar prekine električni kontakt v tokokrogu. Seveda se bo segrevanje plošče nadaljevalo, dokler ne doseže kritične točke.

Poleg termičnih obstajajo tudi druge vrste zaščitnih naprav, na primer tokovni rele, ki nadzoruje količino toka v omrežju. Obstajata tudi napetostni rele, ki se bo odzval na spremembo napetosti v omrežju in rele diferenčnega toka. Zadnja naprava je naprava za zaščito pred uhajanjem toka. Tu je pomembno omeniti, da odklopniki, tako kot varovalke, ne morejo reagirati na pojav uhajanja toka, saj je ta vrednost precej majhna. Toda hkrati je ta vrednost povsem dovolj, da ubije osebo, ki je v stiku s ohišjem naprave, ki je predmet takšne okvare.

Če obstaja veliko število električnih naprav, ki morajo povezati diferenčni tokovni rele, se pogosto uporabljajo kombinirani stroji za zmanjšanje velikosti napajalnega ščita. Takšne naprave so postale naprave, ki združujejo odklopnik in diferenčni tokovni rele - odklopniki diferencialne zaščite ali difautomati. Pri uporabi takšnih naprav se ne zmanjša le velikost napajalnega ščita, ampak je postopek namestitve močno olajšan.zaščitni aparat, zaradi česar so bolj varčni.

Tehnični podatki termičnega releja

Glavna značilnost termičnih relejev je odzivni čas, ki je odvisen od toka obremenitve. Z drugimi besedami, ta lastnost se imenuje časovni tok. Če upoštevamo splošni primer, potem, preden se obremenitev, bo tok I₀ tekel skozi rele. V tem primeru bo segrevanje bimetalne plošče q_{0. Pri preverjanju te lastnosti je zelo pomembno upoštevati, iz katerega stanja (pregreto ali hladno) se naprava sproži. Poleg tega je pri preverjanju teh naprav zelo pomembno zapomniti, da plošča ni toplotno stabilna, ko pride do kratkega stika.}

Izbira termičnih relejev je naslednja. Nazivni tok takšne zaščitne naprave je izbran glede na nazivno obremenitev elektromotorja. Izbrani tok releja mora biti 1, 2-1, 3 nazivnega toka motorja (obremenitveni tok). Z drugimi besedami, taka naprava bo delovala, če bo v 20 minutah obremenitev od 20 do 30%.

Zelo pomembno je razumeti, da na delovanje termičnega releja močno vpliva temperatura zunanjega zraka. Zaradi zvišanja temperature okolice se bo delovni tok te naprave zmanjšal. Če se ta indikator preveč razlikuje od nominalnega, bo potrebno bodisi dodatno gladko nastavitev releja,ali kupite novo napravo, vendar ob upoštevanju dejanske temperature okolice v delovnem območju te enote.

Za zmanjšanje vpliva temperature okolice na vrednost odjemnega toka je potrebno kupiti rele z višjo obremenitvijo. Da bi dosegli pravilno delovanje tople naprave, jo je treba namestiti v istem prostoru kot nadzorovani objekt. Vendar je treba spomniti, da se rele odziva na temperaturo, zato ga je prepovedano postaviti v bližino koncentriranih virov toplote. Kot taki viri se štejejo kotli, viri ogrevanja in drugi podobni sistemi in naprave.

Izberite naprave

Pri izbiri opreme za zaščito električnih sprejemnikov in električnih omrežij se je treba opreti na nazivne tokove, za katere so te naprave zasnovane, kot tudi na tok, ki napaja omrežje, kjer bodo takšne enote nameščene.

Pri izbiri zaščitne naprave je zelo pomembno upoštevati pojav takšnih nenormalnih načinov delovanja, kot so:

• fazni kratki stiki;
• faza kratka na ohišje;
• močno povečanje toka, ki je lahko posledica nepopolnega kratkega stika ali preobremenitve procesne opreme;
• popolno izginotje ali preveliko zmanjšanje napetosti.

Za zaščito pred kratkim stikom jo je treba izvesti za vse električne sprejemnike. Glavna zahteva je, da napravo izključite iz omrežja, kopojav kratkega stika mora biti čim manjši. Pri izbiri zaščitnih naprav je pomembno vedeti tudi, da je treba zagotoviti popolno pretokovno zaščito, z izjemo nekaj naslednjih primerov:

• ko je preobremenitev električnih sprejemnikov iz tehnoloških razlogov preprosto nemogoča ali malo verjetna;
• če je moč elektromotorja manjša od 1 kW.

Poleg tega električna zaščitna naprava morda nima funkcije zaščite pred preobremenitvijo, če je nameščena za spremljanje elektromotorja, ki deluje v občasnem ali občasnem delovanju. Izjema je namestitev kakršnih koli električnih naprav v prostorih z visoko požarno nevarnostjo. V takšnih prostorih mora biti zaščita pred preobremenitvijo nameščena na vseh napravah brez izjeme.

Zaščita pred prenizko napetostjo mora biti nastavljena v nekaterih od naslednjih primerov:

• za elektromotorje, ki jih ni mogoče vklopiti pri polni napetosti;
• za elektromotorje, pri katerih samozagon zaradi številnih tehnoloških razlogov ni dovoljen ali je nevaren za zaposlene;
• za vse druge elektromotorje, ki jih je treba izklopiti, da zmanjšate skupno moč vseh priključenih električnih sprejemnikov v tem omrežju na sprejemljivo vrednost.

Različice tokov in izbor zaščitne naprave

Najnevarnejši je tok kratkega stika. Glavna nevarnost je, da je veliko večji od običajnega zagonskega toka, prav tako pa se njegova vrednost lahko močno razlikuje glede na del vezja, kjer se pojavi. Tako mora pri preverjanju zaščitne naprave, ki ščiti vezje pred kratkim stikom, čim hitreje odklopiti vezje, ko se pojavi takšna težava. Hkrati pa v nobenem primeru ne bi smelo delovati, ko se v vezju pojavi normalna vrednost zagonskega toka katere koli električne naprave.

Kar zadeva preobremenitveni tok, je tukaj vse precej jasno. Za tak tok se šteje vsaka vrednost lastnosti, ki presega nazivni tok elektromotorja. Toda tukaj je zelo pomembno razumeti, da mora zaščitna naprava ne vsakič, ko pride do preobremenitvenega toka, odklopiti kontakte vezja. To je pomembno tudi zato, ker je v nekaterih primerih dopustna kratkotrajna preobremenitev tako elektromotorja kot električnega omrežja. Tu je vredno dodati, da krajša kot je obremenitev, večje vrednosti lahko doseže. Na podlagi tega postane jasno, kaj je glavna prednost nekaterih naprav. Stopnja zaščite naprav z "odvisno značilnostjo" je v tem primeru največja, saj se bo njihov odzivni čas s povečanjem faktorja obremenitve v tem trenutku zmanjšal. Zato so takšne naprave idealne za pretokovno zaščito.

Če povzamemo, lahko rečemo naslednje. Za zaščito predkratkega stika, je treba izbrati napravo za prosti tek, ki bo konfigurirana za delovanje toka, ki je bistveno višji od začetne vrednosti. Za zaščito pred preobremenitvijo, nasprotno, mora imeti zaščitna stikalna naprava vztrajnost, pa tudi odvisno lastnost. Izbrati ga je treba tako, da ne deluje med običajnim zagonom električne naprave.

Slabosti različnih vrst zaščitnih naprav

Varovalke, ki so se prej pogosto uporabljale kot zaščitne naprave stikalnih naprav, imajo naslednje pomanjkljivosti:

• precej omejena možnost za uporabo kot pretokovna zaščita, saj je razstavljanje vletnega toka precej težavno;
• motor bo še naprej deloval v dveh fazah, tudi če je tretja prekinjena z varovalko, kar povzroči pogosto odpoved motorja;
• v nekaterih primerih je omejitev moči izklopa nezadostna;
• ni možnosti hitrega obnavljanja električne energije po izpadu električne energije.

Kar zadeva zračne tipe strojev, so bolj popolni kot varovalke, vendar niso brez pomanjkljivosti. Glavna težava pri uporabi električnih zaščitnih naprav je, da niso selektivne glede delovanja. To je še posebej opazno, če se na nastavitvenem stroju pojavi nereguliran izklopni tok.

Obstajajo montažni stroji, pri katerih se zaščita pred preobremenitvijo izvaja s termičnimi sprostitvami. Občutljivost innjihova zamuda je slabša kot pri termičnih relejih, hkrati pa delujejo na vse tri faze hkrati. Kar zadeva univerzalne avtomatske stroje za zaščito, je tukaj še slabše. To je utemeljeno z dejstvom, da so na voljo samo elektromagnetna sproščanja.

Velikokrat se uporabljajo magnetni zaganjalniki, v katerih so vgrajeni termični releji. Takšna zaščitna oprema je sposobna zaščititi električni tokokrog pred preobremenitvenim tokom v dveh fazah. Ker pa imajo termični releji veliko vztrajnost, ne morejo zagotoviti zaščite pred kratkimi stiki. Namestitev zadrževalne tuljave v zaganjalnik lahko zagotovi zaščito pred prenizko napetostjo.

Kakovostno zaščito pred preobremenitvenim tokom in kratkim stikom lahko zagotovijo samo indukcijski releji ali elektromagnetni releji. Vendar pa lahko delujejo samo prek odklopne naprave, zaradi česar je vezje z njihovo povezavo bolj zapleteno.

Če povzamemo zgoraj navedeno, lahko potegnemo naslednja dva zaključka:

1. Za zaščito elektromotorjev, katerih moč ne presega 55 kW, pred preobremenitvenim tokom se najpogosteje uporabljajo magnetni zaganjalniki z varovalkami ali z zračnimi napravami.
2. Če je moč elektromotorja večja od 55 kW, se za njihovo zaščito uporabljajo elektromagnetni kontaktorji z zračnimi vozili ali zaščitni releji. Tukaj je zelo pomembno zapomniti, da kontaktor ne bo dovolil, da bi se tokokrog prekinil, če pride do kratkega stika.

Pri izbiri prave naprave je zelo pomemben izračun zaščitnih naprav. Najpomembnejša formula je izračun nazivnega toka motorja, ki vam bo omogočil izbiro zaščitne naprave z ustreznimi indikatorji. Formula izgleda takole:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), kjer:}

I_{n je nazivni tok motorja, ki bo v A;}

R_{motor je moč motorja, ki je predstavljena v kW;}

U_{n je nazivna napetost v V;}

cos q je faktor aktivne moči;

n je faktor učinkovitosti.

Poznavanje teh podatkov lahko enostavno izračunate nazivni tok motorja in nato enostavno izberete ustrezno zaščitno napravo.

Razne poškodbe zaščitne opreme

Glavna razlika med napravami za zaščito električnega tokokroga in drugimi napravami je v tem, da ne samo odpravijo napako, temveč tudi odklopijo vezje, če karakteristične vrednosti presežejo določene meje. Najnevarnejša težava, ki pogosto onesposobi zaščitno opremo, je postal gluh kratek stik. Med pojavom takšnega kratkega stika trenutni indikatorji dosežejo najvišje vrednosti.

Ko pride do prekinitve tokokroga, ko se pojavi takšna težava, se pogosto pojavi električni lok, ki je v kratkem času sposoben uničiti izolacijo in stopiti kovinske dele aparata.

Če pride do prevelikega preobremenitvenega toka, lahko povzroči pregrevanje prevodnih delov. Poleg tega obstajajo mehanske sile, kiobčutno povečajo obrabo posameznih elementov opreme, kar lahko včasih privede tudi do lomljenja naprave.

Obstajajo hitri odklopniki, ki so nagnjeni k takšnim težavam, kot je drgnjenje premične roke in premičnega stika ob stene žleba loka, kot tudi kratek stik demagnetizirajoče tuljave na ohišje. Pogosto pride do prevelike obrabe kontaktnih površin, batov in pogonskih cilindrov.

Popravilo hitrih strojev

Popravilo katere koli vrste hitre zaščitne naprave je treba izvesti v enakem zaporedju. Stikalo za visoke hitrosti ali BV se piha s čistim stisnjenim zrakom pri tlaku največ 300 kPa (3 kgf/cm2). Po tem se naprava obriše s prtički. Nato morate odstraniti predmete, kot so žleb za obločni žleb, blokirna naprava, pnevmatski aktuator, gibljiva kontaktna armatura, induktivni shunt in drugo.

Neposredno popravilo naprave se izvede na posebnem stojnici za popravilo. Obločni žleb je razstavljen, njegove stene se očistijo v posebnem peskalnem stroju, nato se obrišejo in pregledajo. V zgornjem delu te komore so dovoljeni odrezki, če njihove dimenzije ne presegajo 50x50 mm. Debelina stene na mestih lomljenja mora biti od 4 do 8 mm. Potrebno je izmeriti upor med rogovi obločnega žleba. Za nekatere vzorce mora biti indikator najmanj 5 MΩ, za nekatere pa najmanj 10 MΩ.

Poškodovano particijo je treba izrezaticelotno dolžino. Vsa podobna mesta poseka je treba skrbno očistiti. Po tem se površine, ki jih je treba lepiti, namazati z lepilno raztopino na osnovi epoksidne smole. Če so bile najdene polomljene plošče ventilatorja, jih zamenjamo. Če so upognjeni, jih je treba izravnati in vrniti v uporabo. Obstaja tudi obločna žleba, ki jo je treba očistiti usedlin in taljenja, če obstajajo.