Urządzenia zabezpieczające: przeznaczenie, rodzaje, klasyfikacja, specyfikacje, instalacja, cechy działania, ustawienia i naprawa

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Urządzenia zabezpieczające to urządzenia przeznaczone do ochrony obwodów elektrycznych, sprzętu elektrycznego, maszyn i innych jednostek przed wszelkimi zagrożeniami, które zakłócają normalne działanie tych urządzeń, a także do ochrony przed przeciążeniami. Należy tutaj zauważyć, że muszą być prawidłowo zainstalowane, a operacja musi być przeprowadzona dokładnie zgodnie z instrukcjami, w przeciwnym razie same urządzenia zabezpieczające mogą spowodować awarię sprzętu, wybuch, pożar i inne rzeczy.

Podstawowe wymagania sprzętowe

Aby urządzenie działało pomyślnie, musi spełniać następujące wymagania:

• Urządzenia zabezpieczające nie mogą w żadnych okolicznościach przekraczać dozwolonej dla nich temperatury przy normalnym obciążeniu sieci elektrycznej lub sprzętu elektrycznego.
• Urządzenie nie powinno odłączać urządzenia od zasilania podczas krótkotrwałych przeciążeń, które często obejmują prąd rozruchowy, prąd samoczynnego rozruchu itp.

Wybierając wkładki bezpiecznikowe, należy kierować się prądem znamionowym w tej części obwodu, która będzie chronić to urządzenie. Ta zasada wyboru urządzeń ochronnych jest istotna w każdym przypadku przy wyborze dowolnego urządzenia do ochrony. Ważne jest również, aby zrozumieć, że przy długotrwałym przegrzewaniu właściwości ochronne są znacznie zmniejszone. Wpływa to negatywnie na urządzenia, które w momencie krytycznego obciążenia mogą np. po prostu się nie wyłączyć, co doprowadzi do wypadku.

Urządzenia zabezpieczające muszą koniecznie wyłączać sieć, gdy w tym obwodzie wystąpią długotrwałe przeciążenia. W takim przypadku należy zaobserwować odwrotną zależność od prądu w odniesieniu do czasu ekspozycji.

W każdym przypadku urządzenie zabezpieczające musi odłączyć obwód na końcu, gdy wystąpi zwarcie (zwarcie). Jeśli w obwodzie jednofazowym wystąpi zwarcie, wyłączenie musi nastąpić w sieci z solidnie uziemionym punktem zerowym. Jeżeli zwarcie występuje w obwodzie dwufazowym, to w sieci z izolowanym przewodem neutralnym.

Urządzenia zabezpieczające obwód elektryczny mają zdolność wyłączania I _{pr. Wartość tego parametru musi odpowiadać prądowi zwarciowemu, który może wystąpić na początku chronionego odcinka. Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż maksymalny możliwy prąd zwarciowy, to proces odłączania odcinka obwodu może w ogóle nie nastąpić lub może nastąpić, ale z opóźnieniem. Z tego powodu uszkodzeniu mogą ulec nie tylko urządzenia podłączone do tej sieci, ale także samo zabezpieczenie obwodu elektrycznego. Z tego powodu współczynnik zdolności wyłączania musi wynosićwiększy lub równy maksymalnemu prądowi zwarciowemu.}

Bezpieczniki topikowe

Obecnie istnieje kilka urządzeń do ochrony sieci elektrycznych, które są najbardziej powszechne. Jednym z tych urządzeń jest bezpiecznik. Zadaniem tego typu urządzenia zabezpieczającego jest ochrona sieci przed przeciążeniami i zwarciami typu prądowego.

Dzisiaj dostępne są urządzenia jednorazowe, a także z wymiennymi wkładkami. Takie urządzenia mogą być wykorzystywane zarówno w potrzebach przemysłowych, jak i w życiu codziennym. Aby to zrobić, istnieją urządzenia, które są używane w liniach do 1 kV.

Oprócz nich w podstacjach stosowane są urządzenia wysokiego napięcia o napięciu powyżej 1000 V. Przykładem takiego urządzenia może być bezpiecznik na transformatorach pomocniczych podstacji o napięciu 6/0, 4 kV.

Ponieważ celem tych urządzeń zabezpieczających jest ochrona przed zwarciami i przeciążeniami prądowymi, są one szeroko stosowane. Ponadto są bardzo proste i łatwe w obsłudze, ich wymiana jest również szybka i łatwa, a same w sobie są bardzo niezawodne. Wszystko to doprowadziło do tego, że takie bezpieczniki są bardzo często stosowane.

Aby wziąć pod uwagę parametry techniczne, możesz wziąć urządzenie PR-2. W zależności od prądu znamionowego urządzenie to jest dostępne z sześcioma rodzajami wkładów, które różnią się średnicą. W kasecie każdego z nich można zainstalować wkładkę z oczekiwaniem innego prądu znamionowego. Dona przykład wkład 15 A może być wyposażony zarówno we wkładkę 6 A, jak i 10 A.

Oprócz tej cechy istnieje również koncepcja dolnego i górnego prądu testowego. Jeżeli chodzi o dolną wartość prądu pomiarowego, jest to maksymalna wartość prądu, podczas którego przepływu w obwodzie przez 1 godzinę odcinek obwodu nie zostanie odłączony. Jeśli chodzi o wartość górną, jest to minimalny współczynnik prądu, który przy przepływie 1 godziny w obwodzie spowoduje stopienie wkładki w aparaturze zabezpieczeniowo-sterowniczej.

Wyłączniki automatyczne

Wyłączniki automatyczne pełnią taką samą rolę jak bezpieczniki, ale ich konstrukcja jest bardziej złożona. Jest to jednak równoważone faktem, że przełączniki są znacznie wygodniejsze w użyciu niż bezpieczniki. Na przykład, jeśli w sieci pojawi się zwarcie spowodowane starzeniem się izolacji, to przełącznik jest w stanie odłączyć uszkodzoną część obwodu elektrycznego od zasilania. Jednocześnie samo urządzenie sterujące i zabezpieczające można dość łatwo przywrócić, po pracy nie wymaga wymiany na nowe, a po pracach naprawczych jest w stanie niezawodnie chronić odcinek obwodu pod jego kontrolą. Korzystanie z tego rodzaju przełączników jest bardzo wygodne, jeśli konieczne jest przeprowadzanie rutynowych napraw.

Jeśli chodzi o produkcję tych urządzeń, głównym wskaźnikiem jest prąd znamionowy, dla którego urządzenie jest zaprojektowane. W związku z tym istnieje ogromny wybór, który pozwala wybrać najbardziej odpowiedni dla każdego łańcucha.urządzenie. Jeśli mówimy o napięciu roboczym, to podobnie jak bezpieczniki dzielą się na dwa typy: o napięciu do 1 kV i wysokim napięciu o napięciu roboczym powyżej 1 kV. Należy w tym miejscu dodać, że wysokonapięciowe zabezpieczenia urządzeń elektrycznych i obwodów elektrycznych są produkowane w próżni, z wypełnieniem gazem obojętnym lub olejem. Taka konstrukcja pozwala na wyższym poziomie odłączyć obwód, gdy zajdzie taka potrzeba. Kolejną istotną różnicą między wyłącznikami a bezpiecznikami jest to, że są one przeznaczone do pracy nie tylko w obwodach jednofazowych, ale także trójfazowych.

Na przykład, w przypadku zwarcia do masy jednego z przewodów silnika elektrycznego, wyłącznik wyłączy wszystkie trzy fazy, a nie jedną uszkodzoną. Jest to znacząca i kluczowa różnica, ponieważ jeśli tylko jedna faza zostanie wyłączona, silnik będzie nadal pracował na dwóch fazach. Ten tryb pracy ma charakter awaryjny i znacznie skraca żywotność urządzenia, a nawet może doprowadzić do awaryjnej awarii sprzętu. Ponadto wyłączniki automatyczne są produkowane do pracy zarówno z napięciem AC, jak i DC.

Przekaźnik termiczny i prądowy

Obecnie istnieje wiele różnych typów przekaźników wśród urządzeń zabezpieczających sieci elektryczne.

Przekaźnik termiczny jest jednym z najczęstszych urządzeń, które może chronić silniki elektryczne, grzejniki i wszelkie urządzenia zasilające przedproblem, taki jak prąd przeciążenia. Zasada działania tego urządzenia jest bardzo prosta i opiera się na fakcie, że prąd elektryczny jest w stanie ogrzać przewodnik, przez który przepływa. Główną częścią roboczą każdego przekaźnika termicznego jest płyta bimetaliczna. Po podgrzaniu do określonej temperatury płyta wygina się, co powoduje zerwanie kontaktu elektrycznego w obwodzie. Naturalnie nagrzewanie płyty będzie kontynuowane aż do osiągnięcia punktu krytycznego.

Oprócz zabezpieczenia termicznego istnieją inne rodzaje urządzeń zabezpieczających, na przykład przekaźnik prądowy kontrolujący ilość prądu w sieci. Istnieje również przekaźnik napięciowy, który zareaguje na zmianę napięcia w sieci oraz przekaźnik prądu różnicowego. Ostatnim urządzeniem jest urządzenie zabezpieczające przed prądem upływowym. Należy tutaj zauważyć, że wyłączniki, podobnie jak bezpieczniki, nie mogą reagować na wystąpienie upływu prądu, ponieważ wartość ta jest dość mała. Ale jednocześnie ta wartość jest wystarczająca, aby zabić osobę, która miała kontakt z obudową urządzenia, które uległo takiej awarii.

Jeśli istnieje duża liczba urządzeń elektrycznych, które wymagają podłączenia przekaźnika prądu różnicowego, często stosuje się połączone maszyny w celu zmniejszenia rozmiaru ekranu zasilania. Takimi urządzeniami stały się urządzenia łączące wyłącznik i przekaźnik prądu różnicowego - wyłączniki różnicowoprądowe lub automaty. Podczas korzystania z takich urządzeń zmniejsza się nie tylko rozmiar osłony mocy, ale także znacznie ułatwia się proces instalacji.aparatura ochronna, co z kolei czyni je bardziej ekonomicznymi.

Specyfikacje przekaźnika termicznego

Główną cechą przekaźników termicznych jest czas odpowiedzi, który zależy od prądu obciążenia. Innymi słowy, ta cecha nazywana jest prądem czasowym. Jeśli weźmiemy pod uwagę przypadek ogólny, to przed przyłożeniem obciążenia prąd I₀ będzie przepływać przez przekaźnik. W takim przypadku ogrzewanie płyty bimetalicznej będzie wynosić q_{0. Podczas sprawdzania tej cechy bardzo ważne jest, aby wziąć pod uwagę, z jakiego stanu (przegrzanego lub zimnego) urządzenie jest wyzwalane. Ponadto przy sprawdzaniu tych urządzeń bardzo ważne jest, aby pamiętać, że płytka nie jest stabilna termicznie w przypadku wystąpienia prądu zwarciowego.}

Wybór przekaźników termicznych jest następujący. Prąd znamionowy takiego urządzenia ochronnego dobierany jest na podstawie znamionowego obciążenia silnika elektrycznego. Wybrany prąd przekaźnika powinien wynosić 1,2-1,3 prądu znamionowego silnika (prąd obciążenia). Innymi słowy, takie urządzenie będzie działać, jeśli w ciągu 20 minut obciążenie wyniesie od 20 do 30%.

Bardzo ważne jest zrozumienie, że na działanie przekaźnika termicznego znacząco wpływa temperatura otoczenia. Ze względu na wzrost temperatury otoczenia prąd pracy tego urządzenia zmniejszy się. Jeśli ten wskaźnik różni się zbytnio od nominalnego, konieczne będzie wykonanie dodatkowej płynnej regulacji przekaźnika,lub kup nowe urządzenie, ale biorąc pod uwagę rzeczywistą temperaturę otoczenia w obszarze roboczym tego urządzenia.

Aby zredukować wpływ temperatury otoczenia na wartość prądu zadziałania, konieczne jest zakupienie przekaźnika o wyższej obciążalności. Aby zapewnić prawidłowe działanie ciepłego urządzenia, należy je zainstalować w tym samym pomieszczeniu, co kontrolowany obiekt. Należy jednak pamiętać, że przekaźnik reaguje na temperaturę, dlatego zabrania się umieszczania go w pobliżu skoncentrowanych źródeł ciepła. Za takie źródła uważa się kotły, źródła ciepła i inne podobne systemy i urządzenia.

Wybierz urządzenia

Przy doborze urządzeń do ochrony odbiorników i sieci elektrycznych należy kierować się prądami znamionowymi, dla których te urządzenia są zaprojektowane, a także prądem zasilającym sieć, w której takie urządzenia będą instalowane.

Wybierając urządzenie zabezpieczające, bardzo ważne jest, aby pamiętać o występowaniu takich nienormalnych trybów pracy, jak:

• zwarcia międzyfazowe;
• faza zwarta do przypadku;
• silny wzrost prądu, który może być spowodowany niepełnym zwarciem lub przeciążeniem urządzeń procesowych;
• całkowity zanik lub zbyt duża redukcja napięcia.

Jeśli chodzi o zabezpieczenie przeciwzwarciowe, należy je wykonać dla wszystkich odbiorników elektrycznych. Głównym wymaganiem jest odłączenie urządzenia od sieci, gdywystąpienie zwarcia powinno być jak najmniejsze. Przy wyborze urządzeń ochronnych należy również pamiętać, że należy zapewnić pełne zabezpieczenie nadprądowe, z wyjątkiem kilku z poniższych przypadków:

• gdy przeciążenie odbiorników elektrycznych z przyczyn technologicznych jest po prostu niemożliwe lub mało prawdopodobne;
• jeśli moc silnika elektrycznego jest mniejsza niż 1 kW.

Ponadto elektryczne urządzenie zabezpieczające może nie mieć funkcji ochrony przed przeciążeniem, jeśli jest zainstalowane w celu monitorowania silnika elektrycznego działającego w trybie przerywanym lub przerywanym. Wyjątkiem jest instalacja wszelkich urządzeń elektrycznych w pomieszczeniach o dużym zagrożeniu pożarowym. W takich pomieszczeniach ochrona przed przeciążeniem musi być zainstalowana na wszystkich urządzeniach bez wyjątku.

Zabezpieczenie podnapięciowe musi być ustawione w niektórych z następujących przypadków:

• dla silników elektrycznych, które nie mogą być włączone przy pełnym napięciu;
• dla silników elektrycznych, w przypadku których samouruchamianie jest niedozwolone z wielu powodów technologicznych lub jest niebezpieczne dla pracowników;
• dla wszelkich innych silników elektrycznych, które należy wyłączyć, aby zmniejszyć całkowitą moc wszystkich podłączonych odbiorników elektrycznych w tej sieci do akceptowalnej wartości.

Odmiany prądów i wybór urządzenia ochronnego

Najbardziej niebezpieczny jest prąd zwarciowy. Głównym niebezpieczeństwem jest to, że jest znacznie większy niż normalny prąd rozruchowy, a jego wartość może się znacznie różnić w zależności od odcinka obwodu, w którym występuje. Dlatego podczas sprawdzania urządzenia zabezpieczającego, które chroni obwód przed zwarciem, musi jak najszybciej odłączyć obwód, gdy wystąpi taki problem. Jednocześnie w żadnym wypadku nie powinno działać, gdy w obwodzie występuje normalna wartość prądu rozruchowego dowolnego urządzenia elektrycznego.

Jeśli chodzi o prąd przeciążenia, wszystko jest tutaj całkiem jasne. Za taki prąd uważa się dowolną wartość charakterystyki przekraczającą prąd znamionowy silnika elektrycznego. Ale tutaj bardzo ważne jest, aby zrozumieć, że nie za każdym razem, gdy wystąpi prąd przeciążenia, urządzenie ochronne musi odłączyć styki obwodu. Jest to również ważne, ponieważ w niektórych przypadkach dopuszczalne jest krótkotrwałe przeciążenie zarówno silnika elektrycznego, jak i sieci elektrycznej. Warto tutaj dodać, że im krótsze obciążenie, tym większe wartości może osiągnąć. Na tej podstawie staje się jasne, jaka jest główna zaleta niektórych urządzeń. Stopień ochrony urządzeń o „charakterystyce zależnej” w tym przypadku jest maksymalny, ponieważ ich czas reakcji zmniejszy się wraz ze wzrostem współczynnika obciążenia w tym momencie. Dlatego takie urządzenia są idealne do ochrony nadprądowej.

Podsumowując, możemy powiedzieć, co następuje. Dla ochrony przedzwarcie, należy wybrać urządzenie wolnobiegowe, które zostanie skonfigurowane do obsługi prądu znacznie wyższego niż wartość początkowa. W przypadku ochrony przed przeciążeniem, przeciwnie, urządzenie przełączające musi mieć bezwładność, a także charakterystykę zależną. Musi być tak dobrany, aby nie działał podczas normalnego rozruchu urządzenia elektrycznego.

Wady różnych typów urządzeń ochronnych

Bezpieczniki, które wcześniej były szeroko stosowane jako urządzenia zabezpieczające rozdzielnice, mają następujące wady:

• raczej ograniczone możliwości zastosowania jako zabezpieczenie nadprądowe, ponieważ odstrojenie prądu rozruchowego jest dość trudne;
• silnik będzie kontynuował pracę na dwóch fazach, nawet jeśli trzecia zostanie odcięta przez bezpiecznik, powodując częste awarie silnika;
• w niektórych przypadkach limit mocy odcięcia jest niewystarczający;
• brak możliwości szybkiego przywrócenia zasilania po awarii zasilania.

Jeśli chodzi o typy maszyn pneumatycznych, są one doskonalsze niż bezpieczniki, ale nie są pozbawione wad. Głównym problemem związanym ze stosowaniem urządzeń ochrony elektrycznej jest to, że nie są one selektywne pod względem działania. Jest to szczególnie widoczne, jeśli na maszynie ustawiającej występuje nieuregulowany prąd odcięcia.

Istnieją maszyny instalacyjne, w których zabezpieczenie przed przeciążeniem realizowane jest za pomocą wyzwalaczy termicznych. Czułość iich opóźnienie jest gorsze niż w przypadku przekaźników termicznych, ale jednocześnie działają na wszystkie trzy fazy jednocześnie. Jeśli chodzi o uniwersalne automaty do ochrony, tutaj jest jeszcze gorzej. Jest to uzasadnione faktem, że dostępne są tylko wyzwalacze elektromagnetyczne.

Często stosowane są rozruszniki magnetyczne, w których wbudowane są przekaźniki termiczne. Taki sprzęt ochronny jest w stanie chronić obwód elektryczny przed prądem przeciążeniowym w dwóch fazach. Ale ponieważ przekaźniki termiczne mają dużą bezwładność, nie są w stanie zapewnić ochrony przed zwarciami. Zainstalowanie cewki trzymającej w rozruszniku może zapewnić ochronę podnapięciową.

Wysokiej jakości zabezpieczenie przed przeciążeniem i zwarciem może być zapewnione tylko przez przekaźniki indukcyjne lub przekaźniki elektromagnetyczne. Jednak mogą działać tylko przez urządzenie rozłączające, co komplikuje obwód z ich połączeniem.

Podsumowując powyższe, możemy wyciągnąć następujące dwa wnioski:

1. Do ochrony silników elektrycznych, których moc nie przekracza 55 kW, przed prądem przeciążeniowym, najczęściej stosuje się rozruszniki magnetyczne z bezpiecznikami lub urządzeniami powietrznymi.
2. Jeżeli moc silnika elektrycznego przekracza 55 kW, do ich ochrony stosuje się styczniki elektromagnetyczne z pojazdami powietrznymi lub przekaźniki ochronne. W tym miejscu bardzo ważne jest, aby pamiętać, że stycznik nie pozwoli na przerwanie obwodu w przypadku wystąpienia zwarcia.

Przy wyborze odpowiedniego urządzenia bardzo ważne jest obliczenie urządzeń zabezpieczających. Najważniejszym wzorem jest obliczenie prądu znamionowego silnika, który pozwoli dobrać urządzenie zabezpieczające z odpowiednimi wskaźnikami. Formuła wygląda tak:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), gdzie:}

I_{n to prąd znamionowy silnika, który będzie w A;}

R_{silnik to moc silnika wyrażona w kW;}

U_{n to napięcie znamionowe w V;}

cos q to współczynnik mocy czynnej;

n to współczynnik efektywności.

Znając te dane, możesz łatwo obliczyć prąd znamionowy silnika, a następnie łatwo wybrać odpowiednie urządzenie zabezpieczające.

Odmiany uszkodzeń sprzętu ochronnego

Główna różnica między urządzeniami zabezpieczającymi obwód elektryczny a innymi urządzeniami polega na tym, że nie tylko naprawiają one usterkę, ale także rozłączają obwód, jeśli wartości charakterystyczne przekraczają określone granice. Najgroźniejszym problemem, który często wyłącza sprzęt ochronny, stało się głuche zwarcie. Podczas wystąpienia takiego zwarcia wskaźniki prądowe osiągają najwyższe wartości.

W przypadku wystąpienia takiego problemu w obwodzie otwartym, często pojawia się łuk elektryczny, który w krótkim czasie jest w stanie zniszczyć izolację i stopić metalowe części urządzenia.

Jeśli wystąpi zbyt duży prąd przeciążenia, może to spowodować przegrzanie części przewodzących. Ponadto istnieją siły mechaniczne, któreznacznie zwiększają zużycie poszczególnych elementów wyposażenia, co czasami może doprowadzić nawet do uszkodzenia urządzenia.

Istnieją szybkie wyłączniki, które są podatne na takie problemy, jak tarcie ruchomego ramienia i ruchomego styku o ścianki komory łukowej, a także zwieranie listwy rozmagnesowującej cewki do obudowy. Dość często występuje zbyt duże zużycie powierzchni styku, tłoków i cylindrów napędowych.

Naprawa szybkich maszyn

Naprawa dowolnego typu szybkiego urządzenia zabezpieczającego musi być przeprowadzana w tej samej kolejności. Przełącznik wysokiej prędkości lub BV jest przedmuchiwany czystym sprężonym powietrzem pod ciśnieniem nie większym niż 300 kPa (3 kgf/cm2). Następnie urządzenie jest wycierane serwetkami. Następnie należy usunąć takie elementy, jak komora łukowa, urządzenie blokujące, siłownik pneumatyczny, ruchoma zwora stykowa, bocznik indukcyjny i inne.

Bezpośrednia naprawa urządzenia odbywa się na specjalnym stanowisku naprawczym. Komora łukowa jest demontowana, jej ściany są czyszczone w specjalnej śrutownicy, po czym są przecierane i sprawdzane. W górnej części tej komory można dopuszczać wióry, jeżeli ich wymiary nie przekraczają 50x50 mm. Grubość ścianek w miejscach pęknięcia powinna wynosić od 4 do 8 mm. Niezbędny jest pomiar rezystancji między rogami komory łukowej. Dla niektórych próbek wskaźnik musi wynosić co najmniej 5 MΩ, a dla niektórych co najmniej 10 MΩ.

Uszkodzona przegroda musi zostać przyciętana całej długości. Wszystkie podobne miejsca zrębów należy dokładnie oczyścić. Następnie klejone powierzchnie smaruje się roztworem kleju na bazie żywicy epoksydowej. Jeśli zostaną znalezione uszkodzone arkusze wentylatorów, zostaną one wymienione. Jeśli są wygięte, należy je wypoziomować i przywrócić do użytku. Dostępna jest również komora łukowa, którą należy oczyścić z osadów i ewentualnego stopienia.