6 Специальные блоки защиты пмз и тзп

В современной рудничной аппаратуре применяется максимальная токовая защита ПМЗ, и тепловая защита от перегрузок, устанавливаемые в рудничных взрывобезопасных автоматических выключателях АВ-400Р, АВ-400ДО и АВ-400ДО2, рудничных трансформаторных подстанциях типа ТСВП и пускателях ПВИ. Ранее применялась унифицированная максимальная защита УМЗ.

Защита ПМЗ – это защита мгновенного действия, предназначенная для отключения токов КЗ, собранная на полупроводниковой элементной базе. Ток ее срабатывания (уставка защиты) должен быть выше максимально возможного пускового тока цепи.

Защиты УМЗ и ПМЗ отличаются схемами, элементной базой и количеством ступеней уставок-УМЗ имеет 11ступеней, а ПМЗ –9 ступеней. Электрическая схема УМЗ значительно проще, она состоит из двух трансформаторов тока, подстроечных резисторов, кнопок проверки, выпрямителей и блоков питания, и выходных реле.

Защита ПМЗ содержит трансформаторы тока ТА1-ТА3 типа ТТЗ-А с встроенным в них шунтирующими резисторами R и блоком защиты 1А, в котором на печатных платах размещены остальные элементы схемы. Между началами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока и нулевым проводом присоединены измерительная и исполнительная части схемы. Измерительная часть схемы содержит трехфазный выпрямительный мост, собранный на диодах, делитель напряжения на резисторах и полупроводниковое реле короткого замыкания, состоящее из стабилитрона, диода, конденсаторов, резисторов и тиристора.

Токовая защита от перегрузок ТЗП.

Возникающие в условиях эксплуатации рудничных электродвигателей перегрузки приводят к увеличению тока в обмотках, а следовательно, к повышенному их нагреву. Особенно опасен режим короткого замыкания электродвигателя или стопорный режим (ротор электродвигателя заторможен), когда по обмотке ротора и статора непрерывно протекает пусковой ток, вызывающий быстрый нагрев. Для защиты электродвигателей разработана токовая защита от перегрузки ТЗП, встраиваемая в рудничную взрывобезопасную аппаратуру.

В отличие от защиты ПМЗ, защита ТЗП является максимальной (токозависимой) защитой с выдержкой времени. Токовая защита типа ТЗП имеет защитную характеристику, обеспечивающую несрабатывание при номинальной нагрузке цепи; срабатывание в течение не более 5 с при перегрузках, равных 6-кратному значению номинального тока защищаемого электродвигателя (защита от опрокидывания и несостоявшегося пуска); срабатывание в течение не более 6 мин при перегрузке защищаемого электродвигателя в 1,2 раза превышающего номинальную.

8. Автоматические выключатели общепромышленного

ПРИМЕНЕНИЯ.

1. Общие сведения. Назначение.

2. Устройство.

3. Принцип действия.

4. Достоинства автоматов.

5. Классификация автоматических выключателей.

6. Типы автоматов общепромышленного применения.

7. Устройства защитного отключения.

1. Автоматический выключатель - аппарат, предназначенный для нечастой коммутации электрических цепей и длительного прохождения по нему тока, а также для автоматического отключения цепей при появлении в них короткого замыкания, перегрузок по току, падении напряжения ниже допустимого; при этом коммутация цепи происходит между механически перемещающимися контактами. Автоматические выключатели (автоматы) применяются при напряжении до 1000 В, аналогичные аппараты в высоковольтных установках называются силовыми выключателями.

Автоматы при повреждении сети отключают все три фазы, что очень важно для нормальной работы электродвигателя, т. к. при защите двигателя предохранителями перегорание одного из них может привести к ненормальному (неполнофазному) режиму работы двигателя. В установках трехфазного переменного тока применяются трехполюсные автоматы, в установках постоянного тока--двухполюсные и однополюсные. Двухполюсные автоматы используются также для защиты цепей управления переменного тока. В осветительных сетях напряжением 220-380 В, имеющих заземленную нейтраль желательно применение однополюсных автоматов. включаемых в каждую фазу. В этом случае при замыкании на землю в одной фазе возможно отключение только трети всех приемников, а остальные останутся в работе (правда, при этом может возникнуть перекос фаз).

2. Автоматический выключатель состоит из следующих основных сборочных узлов: оболочка (корпус), контактная система, механизм управления, дугогасительные устройства, зажимы для присоединения внешних проводников к главной цепи выключателя, механизм свободного расцепления, расцепители и привод. Оболочка выключателя изготовлена из пластмассы и состоит из корпуса, на котором смонтированы детали и сборочные узлы, и крышки, закрывающей детали выключателя.

Контактная система состоит из подвижных и неподвижных контактов, которые могут быть главными, вспомогательными и дугогасительными.

Механизм управления выключателей выполнен по принципу ломающихся рычагов и устроен так, что обеспечивает моментальное замыкание и размыкание контактов при включении и отключении. Кроме того, механизм управления обеспечивает установку рукоятки в положениях, по которым можно определить коммутационное состояние выключателя ( включен, отключен, сработал расцепитель).

Дугогасительные устройства выполняются в виде:

- дугогасительных камер с деионными решетками на каждый полюс;

- специальных дугогасительных контактов, (рогов):

Механизм свободного расцепления состоит из системы рычагов, промежуточного вала, и защелки (собачки).

Расцепители чаще всего применяются двух типов: тепловые и электромагнитные. Тепловой состоит из нагревательного элемента и биметаллической пластины, он выполняет защиту от перегрузок. Электромагнитный обеспечивает защиту от токов короткого замыкания. Современные автоматы кроме указанных расцепителей могут иметь независимые, минимальные, полупроводниковые, дифференциальные, комбинированные и другие расцепители.

Большинство автоматов включаются вручную кнопкой или рукояткой, т.е. имеют ручной привод, но некоторые из них могут иметь электромагнитный или моторный привод.

По исполнению автоматы могут выпускаться открытые, закрытые и защищенные. По способу установки они могут быть стационарными, выдвижными (выкатными) и втычными.

3. Принципиальная схема однополюсного автомата приведена на рис.1. Автомат изображен во включенном состоянии. В защищаемую цепь с током I после главных контактов автомата включены два реле прямого действия - тепловое и максимальное токовое, называемые соответственно тепловым и электромагнитным расцепителями автомата (вместе их называют комбинированным расцепителем). При срабатывании электромагнитного расцепителя, когда его сердечник втягивается в катушку, либо теплового расцепителя, когда свободный конец биметаллической пластины надавит на промежуточный вал, механизм свободного расцепления мгновенно размыкает главные контакты.

Рисунок 1 - Принципиальная схема автомата с тепловым, электромагнитным и комбинированным расцепителями.

Биметаллическая пластина под действием тепла нагревателя изгибается вверх, поворачивает рычаг и освобождает защелку механизма свободного расцепления. Освобождается рычаг и под действием отключающей пружины контакты автомата размыкаются. После срабатывания расцепителя для включения автомата нужно сначала взвести механизм свободного расцепления, затем включать. Для эффективного гашения дуги контакты автомата помещены в дугогасительную камеру.

4. Применение автоматических выключателей вместо плавких предохранителей дает следующие преимущества:

-быстрота включения после срабатывания защиты;

-многократность действия;

-возможность изменения уставок срабатывания:

-надежность и безопасность при эксплуатации.

Рисунок 2 - Механизм свободного расцепления автомата.

Классификация автоматических выключателей.

Автоматические выключатели можно классифицировать по различным признакам:

- номинальному напряжению;

- номинальному току автомата: 6, 10, 16, 25, 100, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000 А и более;

- количеству полюсов: одно-, двух- и трехполюсные;

- наличию расцепителей: с независимыми, максимальными, минимальными, тепловыми, комбинированными, электромагнитными или с полупроводниковыми расцепителями;

- номинальному току расцепителя;

- наличию или отсутствию вспомогательных контактов;

- способу присоединения внешних проводников - переднее или заднее присоединение, штепсельные контакты;

- виду привода: ручной, электромагнитный и моторный;

- способу исполнения по степени защиты - открытое (IР 00), защищенное (IР 23), пыленепроницаемое (IР54) и т.п.

В зависимости от собственного времени срабатывания различают следующие две группы автоматов.

Первая группа. К автоматам первой группы не предъявляют особо высоких требований в отношении быстродействия, и поэтому для удержания контактной системы автомата во включенном положении применяются защелки. К первой группе относятся установочные и универсальные автоматы.

Установочные автоматы получили свое название в связи с их конструктивным оформлением: они имеют пластмассовый кожух, закрывающий токоведущие части аналогично тому, как оформлены разные установочные изделия, предусмотренные для монтажа в общедоступных помещениях.

Универсальные автоматы имеют много модификаций: они осуществляют защиту от различных ненормальных режимов работы электроустановок и имеют разнообразные приводы и оболочки.

Обычно установочные и универсальные автоматы на номинальные токи свыше 100 А имеют собственное время срабатывания от 10 до 100 мс, поэтому не обладают токоограничивающим действием. При токах короткого замыкания порядка 100 кА могут быть применены специальные меры для повышения быстродействия и тогда время срабатывания автоматов может быть менее 10 мс. В этом случае автоматы называют токоограничивающими.

Вторая группа. Ко второй группе относятся быстродействующие автоматы на номинальные постоянные токи 500-10000 А.

В быстродействующих автоматах обычно избегают применять защелки, для расцепления которых необходимо предварительное перемещение деталей до того как начнется движение в направлении размыкание контактов, т.к. время действия механизма получается большим. Эти автоматы имеют собственное время срабатывания при больших токах в пределах от нескольких десятых до 5 мс.

6. На подстанциях поверхности и на монтажных станциях управления стационарными установками применяют выключатели серии АЕ-2000, А-3700, АП-50, которые могут быть встроены в корпус магнитных станций управления и пусковых агрегатов для установки в подземных выработках шахт. В автоматические выключатели и передвижные трансформаторные подстанции подземных выработок встраиваются выключатели серий АВМУ, АВМ, А.

А втоматические выключатели серии АЗ700 имеют одну пару контактов на полюс с металлокерамическими накладками. Включение и отключение могут производится вручную рукояткой или электромеханическим приводом в виде отдельного блока устанавливаемого над крышкой выключателя. Автоматы серии АЗ700 могут работать при напряжении до 440 В постоянного и 660, 1140 В переменного тока.

АК-63 АП-50

АП-50-25 3МТ У3

1- кнопка отключения, 2-кнопка включения, 3-замковая блокировка выдвижного элемента в положение “рабочее”, “испытание”, “выкачено”, 4-блокировка дверцы, 5 -рукоятка взвода привода аппарата, 6-счетчик коммутационных операций, 7-замковая блокировка в положении “отключено”, 8-рукоятка для вкатывания аппарата, 9-указатель положения аппарата, 10-передняя панель шасси с гнездом для рукоятки вкатывания аппарата, 11-ушко для блокировки навесным замком в положении “рабочее”, “испытание”, “выкачено”, 12-указатель состояния пружины, 13-указатель положения главных контактов, 14-указатель механического отключения при извлечении аппарата во включенном состоянии: выдвижной элемент – голубые цифры, шасси – красные цифры

Рисунок 3 - Выключатели серий АК-63, АП-50 (РФ), Masterpact (Шнейдер-эл.).

Автоматы серии АП-50 могут работать при напряжении до 500 В переменного и 220 В постоянного тока. Выключатель АК-63 разработаны с целью замены выключателя АП-50, имеющего такую же коммутационную способность. Выключатели АК-63 имеют расцепители максимального тока на 0,63...63А, 500В переменного и 240 В постоянного напряжения, их коммутационная способность в 2,5 раза больше, чем у выключателя серии АП-50.

В отличие от выключателей АП-50 выключатели АК63 имеют открытые выводы, для закрывания которых могут поставляться крышки. Открытые выводы, не соприкасающиеся с корпусом автомата, имеют лучший теплоотвод, а при нагреве выводов не происходит выгорание корпуса выключателя.

QF (QS)

Выключатели серии АЕ-2000 общего назначения применяют в цепях напряжением до 660В переменного тока и до 220В постоянного тока. Автоматы АЕ-2000 разрабатывались с целью замены других автоматов на ток до 100 А. Они имеют величины на 25, 63 и 100 А с расцепителями максимального тока на 0,6А и выше, тепловыми и комбинированными расцепителями. Предназначены для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания, для защиты, пуска и останова асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также для оперативных включений и отключений указанных цепей с частотой до 30 включений в час.

Условные обозначения автоматов

Автоматы серии АЕ1000 предназначены для защиты участков сетей жилых и общественных зданий. Они являются однополюсными с расцепителями тепловыми, электромагнитными или комбинированными на токи 6,10 и 16 А.

А втоматы АК50 выпускаются на напряжение до 500 В переменного и 220 В постоянного тока.

Рисунок 4 - Однополюсный автомат АЕ –2000, трехполюсные Siemens и Compact.

1 -вводные зажимы, 2-шины, 3-пламегасители, 4-дугогасительные камеры, 5- корпус, 6 и 14-главные контакты, 7-рукоятка, 8-блок расцепителей, 9-регулятор уставки срабатывания, 10-трансформаторы тока, 11-максимальные расцепители, 12-промежуточный вал.

Рисунок 5 - Выключатель серии А-3700 (разрез и общий вид).

Автоматические выключатели серии АВМ выпускают на напряжение 500 В переменного и 440 В постоянного тока и номинальные токи до 2000 А. Выключатели имеют максиальные расцепители с обратнозависимой выдержкой времени при перегрузках, которая достигается за счет часовых механизмов. Выключатели этой серии изготовляют для стацио-

нарной установки или выдвижными для комплектных распределительных устройств подстанций.

Автоматы серии "Электрон" предназначены для цепей переменного тока до 660 В и постоянного до 440 В на номинальные токи 1000-6300 А и токи отключения до 65-115 кА.

В настоящее время промышленность выпускает новые автоматические выключатели серии ВА, которые предназначены для замены существующих выключателей. Они выпускаются на напряжение до 660 В переменного и 440 В постоянного тока, на номинальные токи до 4000А. Применяются автоматы и зарубежных производителей.

Новые серии выключателей решают многие проблемы защиты электрических сетей, возникающие в связи с ростом мощности источников электроэнергии и соответствующим увеличением тока короткого замыкания. Уменьшенные при этом габариты автоматов позволяют значительно сократить размеры комплектных устройств.

А втоматические выключатели выбирают в зависимости от области применения и значения предельной коммутационной способности, величины рабочего напряжения, номинального и пускового токов, а также токов КЗ.

TM

ETU

RCD

Рисунок 6 - Автомат трехполюсный ВА-51 и его электрическая схема, сменные блоки расцепителей автоматов Siemens

На рисунке изображены автоматический выключатель серии ВА-51 и его электрическая схема, состоящая из контактов, трех тепловых и трех максимальных расцепителей. При перегрузке или при коротком замыкании каждый из расцепителей воздействует непосредственно на механизм свободного расцепления и главные контакты автомата размыкаются, обеспечивая защиту участка сети. В автоматах Сименс применяются следующие виды расцепителей: TM - магнитно-тепловой расцепитель, ETU - электронный расцепитель, RCD - модуль защиты от замыкания на землю и другие.

Рисунок 7 - Устройство автоматического выключателя Siemens на ток более 2500 А.

Кроме отечественных моделей на предприятиях используются современные автоматы Siemens, Masterpact и другие. Устройство и типоразмеры этих аппаратов во многом схожи, отличаются в основном дизайном, качеством и сроком службы. Современные автоматы оснащены устройствами сигнализации, привода, могут иметь стационарное, выдвижное, втычное исполнение, используют быстроразъемные соединения для силовых и вспомогательных вводов, допускают подключение к локальной компьютерной сети.

В бытовых и промышленных установках применяются выключатели дифференциальные ВД и ВА с устройствами УЗО для защиты от однофазных замыканий на землю.

7. Устройства защитного отключения (УЗО) в промышленных и бытовых однофазных сетях. Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный автоматический выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Устройства защитного отключения (УЗО) в однофазных бытовых сетях применяются для защиты людей и для противопожарной защиты.

В большинстве УЗО в качестве датчика тока используется дифференциальный трансформатор тока. Этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - ТТНП, хотя понятие "нулевая последовательность" применимо только к трехфазным цепям. Пусковой орган выполняется на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока (тока утечки), в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток - ток утечки (I_), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Неравенство токов в первичных обмотках (I₁ + I_ в фазном проводнике) и (I₂, равный I₁, в нулевом проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформатора дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G.

• УЗО типа АС - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий.

• УЗО типа А - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие.

• УЗО типа В - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.

• УЗО типа S - устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).

• УЗО типа G - то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.