Выбор быстродействующих предохранителей для защиты полупроводниковых приборов

1. Полный джоулев интеграл при отключении предохранителя ( )откл. пред. должен быть меньше допустимого джоулева интеграла полупроводникового прибора ( )приб.. На рис. 10.1. представлена схема мощной выпрямительной установки. В каждом плече моста установлено по пять диодов, каждый из которых защищён предохранителем FU. При пробое диода VDk ток Iк,

обозначенный пунктиром, замыкается через VDk в обратном направлении и закорачивает две фазы. Предохранитель FU срабатывает, повреждённый диод отключается, и схема продолжает нормальную работу с некоторой перегрузкой диодов.

Рис. 10.1. Схема защиты полупроводниковых диодов в мощной выпрямительной установке

Рис. 10.2. Зависимость преддуговых интегралов от тока предварительной нагрузки

Для защиты диодов должно соблюдаться условие

( )откл. пред. ( )приб.

где n – число параллельных ветвей преобразователя; с – коэффициент неравномерности деления тока по ветвям. При равномерном распределении

тока с = 0 и ( )откл. пред. ( )приб. Значение ( )приб. Для прибора берётся из каталога или (при синусоидальном токе) по уравнению

( )приб. = Т/4,

где - допустимое значение ударного неповторяющегося тока в прямом направлении; Т – период переменного тока.

2. Наибольшее значение тока, протекающего через предохранитель, должно быть

i₀[n(1—c) + c]I_m.

3. При срабатывании предохранителя в поврежденной ветви характеристики предохранителей в неповрежденных ветвях не должны измениться

( )откл. пред. ( )пд. пред.

где ( )пд. пред.— преддуговой джоулев интеграл предохранителя (интеграл плавления) в неповрежденных ветвях. Наименьшее значение преддугового интеграла можно найти'по формуле

_min. = Б q .

4. Джоулев интеграл предохранителя зависит от напряжения

( )откл. пред. = _min. .

Значения _min., а, b даются в технических условиях на поставку предохранителей. Для предохранителя ПП-68 а=4, 56; b=0, 8; _min. = =3, 8х А *с.

5.Значение джоулевого интеграла для предохранителя зависит от коэффициента мощности цепи cos . В технических условиях данные предохранителей приводятся для cos =0, l. С повышением cos джоулев интеграл уменьшается из-за облегчения условий гашения дуги. По опытным данным, при cos =0, 95 джоулев интеграл уменьшается на 57%.

6. Мгновенное значение тока, при котором начинается токоограни-чение,

i₀ = ,

где со — частота переменного тока; I — действующее значение периодической составляющей отключаемого тока; Б – постоянная, зависящая от удельной теплоты плавления и испарения материала; q .— сечение перешейка.

Преддуговой интеграл предохранителя зависит от тока, который протекал до начала КЗ (I_нач). Для предохранителя ПП-58 эта зависимость представлена на рис. 10.2, где _min. — преддуговой интеграл при токе нагрузки I; _пд — джоулев интеграл, указываемый для предохранителя ((I_нач =0).

Занятие 11

Выбор воздушных автоматических выключателей (автоматов)

Воздушные автоматические выключатели в основном предназначены для защиты электроустановок напряжением до 1000 В от коротких замыканий и перегрузок.

В некоторые типы автоматов могут быть встроены расцепители минимального напряжения, отключающие автомат при понижении напряжения в сети.

Автоматы могут быть также использованы для нечастых оперативных включений и отключений (для большинства типов 2...6 в час, (для АЕ=2000 до 30 в час). Более частые операции приводят к быстрому износу контактов.

Автоматы дороже плавких предохранителей, более сложны по конструкции, имеют большие габаритные размеры. Однако ряд существенных преимуществ автоматов по сравнению с плавкими предохранителями (возможность быстрого включения после срабатывания, более стабильные характеристики, возможность выполнения некоторых типов автоматов с нулевой защитой и защитой от понижения напряжения, одновременное отключение всех трех фаз и др.) обусловил их широкое применение в электроустановках разных назначений.

В электроустановках наибольшее применение получили автоматы серий АЕ-1000, АЕ-2000, А3700, ВА51, имеющие улучшенные характеристики по сравнению с сериями А3100 и АП-50.

Технические данные типоисполнений автоматов указанных выше серий приведены в справочниках.

Автоматические выключатели выбирают по следующим условиям:

U_н.а. U_н.у.

I_a I_н.у.

I_н.р k_н.т.I_p_._max (11.1)

I_н.э k_н.э.I_к._max

I_{пред.откл} _. I_к.._max

Здесь U_н.а, U_н.у—соответственно номинальные напряжения автомата и электроустановки;

I_a, *I_н.у.—номинальные токи автомата и электроустановки;

I_нр—номинальный ток теплового расцепителя автомата;

k_н.т—коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания теплового расцепителя, принимаются в пределах от 1, 1 до 1, 3;

I_н.э—ток отсечки электромагнитного расцепителя; k_н.э— коэффициент надежности, учитывающий разброс по току электромагнитного расцепителя и пускового тока электродвигателя (для автоматов АП-50, АЕ-2000 н А3700 k_н.э =1, 25, для А3100 k_н.э =1, 5;

I_{пред.откл}—предельный отключаемый автоматом ток);

I_k_._max - максимальный ток короткого замыкания в месте установки автомата

I_k_._max = U_н (11.2)

где Z_т—сопротивление трансформатора, приведенное к напряжению 400 В;

Z_л — сопротивление линии от шин 0, 4 кВ подстанции до места установки автомата.

Пример

По условию примера 8.1 выбрать для защиты электрической сети автоматические выключатели с комбинированными расцепителями.

Решение. Из таблицы справочника для защиты ответвлений к электродвигателям и линий освещения могут быть выбраны автоматы А3100 и АЕ-2000. Автомат АП-50 не проходит по предельно отключаемому току, который для него составляет не более 1, 5 кА(I не более = 2, 8 кА ). Выбираем автомат АЕ-2000, так как по сравнению с А3100 он допускает большее число оперативных включении и отключений, имеет значительно большую износоустойчивость контактов и в нем возможна регулировка тока уставки теплового расцепителя.

Линия 1. Определяем расчетный ток теплового расцепителя I_н.р k_н.т.I_p_._max. = 1, 25х35 = 42 А. Принимаем автомат АЕ-2046 с I_н=63 А и I_н.р=50 А

Устанавливаем ток уставки расцепителя I_у.р=0, 9х50=45 А. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя выбираем по условию:

I_н.э k_н.э.I_пуск = 1, 26х290 = 362, 5 А.

Принимаем I_н.э= 12 I_н.р= 12х50=600 А. Если принять I_н.э= 3I_{н р}=3× 50=150 А, то электромагнитный расцепитель будет ложно срабатывать при пуске двигателя.

Так же выбираем автоматы для остальных линий.

Линия 2. I_н.р 1.2× 6.7=8 А. Принимаем автомат АЕ-2036 с I_н=25 А и I_н.р=8 А. I_н.э 1, 25× 43, 5=54, 4 А. Принимаем I_н.э=12× 8=96 А.

Линия 3. I_н.р 1.2× 10.3=12, 4 А.; автомат АЕ-2036 с I_н.р=12, 5 А,

I_н.з 1, 25х80, 5 = 100, 6 А, I_н.э=12× 12, 5= 150 А.

Линия 4. I_н.р 1.2× 6.75=9, 1 А.; автомат АЕ-2036 с I_н=25 А и I_н.р=10 А.

Ток уставки расцепителя I_ур=0, 92 I_н.р=0, 92х10=9, 2 А, I_нэ=3× 10=30 А.

Линия 5. I_н.р 1.2× 14=16, 8 А.; автомат АЕ-2036, I_н=25 А, I_п.р=16А.

Ток уставки расцепителя I_{у р} == 1, 05 * 16 = 16, 8 А, I_н.э=3× 16=48 А.

Линия 6. I_н.р 1.2× 52=62, 4 А.; автомат АЕ-2046, I_н=63 А, I_н.р=63А,

I_н.э=1, 25× 307=384 А, I_н.э= 12× 63=756 А.

Линия 7. I_н.р 1.2× 20.75=24, 9 А.; автомат АЕ-2036, I_н=25 А, I_н.р=25 А, I_н.э=3× 25=75 А.

Ввод. I_н.р 1.2× 58, 2=69, 8 А; автомат АЕ-2056, I_н=100 А, I_н.р=80 А, .

I_у.р=0, 9× 80=72 А. I_н.э= 12× 80=960 А.

Следует отметить, что при коротком замыкании селективность защиты соблюдаться не будет, так как электромагнитные расцепители при токах, равных или больших их тока уставки практически срабатывают мгновенно.

Занятие 12

Выбор реле

В релейно-контактных схемах управления производственными процессами применяют различного рода электрические реле постоянного и переменного тока [9]. Реле постоянного тока более надежны в эксплуатации и более экономичны, чем реле переменного тока. Преимущество реле переменного тока в том, что для их включения не требуется источник постоянного тока.

Реле промежуточные предназначены для оперирования в цепях автоматического управления электроприводами в качестве многоконтактных

аппаратов и являются комплектующими изделиями. Реле электромеханические. В настоящее время начинают широко применятся реле с магнитоуправляемыми контактами-герконами. Герконовые реле серий РПГ8, РПГ9 и др. используются также в схемах автоматизации и управления электроприводами.

Герконовые реле позволяют строить любые логические схемы, имеющие преимущества перед схемами на полупроводниковых приборах, т.к. обладают более высокой выходной мощностью, отсутствием гальванической связи между нагрузками и цепями управления. Реле на герконах обладают более высоким быстродействием, способное работать в пыльной среде и имеют большой срок службы.

Сравнительно высокая выходная коммутированная мощность реле на герконах (до 250 Вт) позволяет с их помощью управлять сильноточными электромеханическими реле, а также контакторами серии МК.

В схемах управления производственными процессами широкое распространение получили промежуточные реле ЭП-1, РП-1, РП-2, РП-3,

РП-20, МКУ-48, ПЭ-21, РПУ, пневматические реле времени РВП-1М и РВП-72, моторные Е-52 и ВС-10, электромеханические ЭВ-24, ЭВ-217 и др.

Основные технические данные промежуточных реле приведены в табл. справочников [9].

Реле выбирают по назначению, напряжением и током обмотки, числу, типу, длительно допускаемому току и коммутационной способности контактов. При выборе из числа нескольких типов технически равноценных для данной схемы реле следует также учитывать их габаритные размеры и стоимость.

При выборе реле, применяемых в цепях управления контакторами, следует учитывать коммутационные возможности их контактов, приведенные в табл. 3.84 [9].

Занятие 13

Расчёт обмотки геркона

1. Важнейшим параметром геркона, приводимым в его паспорте, является МДС срабатывания F_cp, по значению которой можно определить параметры обмотки. Расчетная МДС обмотки

F_Р = кг кп F_cp,

где k_Г =1, 2-2 - коэффициент запаса, учитывающий технический разброс параметров геркона, допустимые колебания питающего напряжения и изменения сопротивления обмотки при нагреве; k_n - коэффициент, учитывающий взаимное влияние совместно установленных герконов. По опытным данным k_n= , где п - число герконов в реле.

2. Диаметр неизолированного провода d_np находится из формулы

d _np/4 = q = F l_cp/U,

где - удельное сопротивление материала провода обмотки в горячем состоянии; 1_ср - средняя длина витка обмотки; U - напряжение источника.

находим по формуле

где -

Для медного провода =0, 0175-10⁶ Ом-м при температуре =20 °С; _кр - температура окружающей среды, °С; - допустимое превышение температуры обмотки, °С;

_R = 0, 0041 1/°c; Средняя длина витка

/2= (d_B+h_k),

где dв = dб+2 ( + _кар) - внутренний диаметр обмотки; dб - диаметр баллона геркона; -зазор между баллоном и каркасом; _кар - толщина каркаса катушки управления; hк - радиальная толщина обмотки.

3. Для получения минимальной МДС срабатывания площадь сечения обмотки Q и ее радиальная толщина hк выбираются по соотношениям

Q=3d(L+ d)/8; h_К = Q/ d_B; l_К = 4d(L+ d)/d_B,

где d - диаметр стержня КС; L - длина геркона.

Ориентировочно длина обмотки l_К = (0, 25-0, 5)L. Найденный диаметр d_np округляется до стандартной величиы.

4. Число витков обмотки

= h_Кl_КK₃_M/q,

К_зм - коэффициент заполнения обмотки медью берется для принятого dпp.

5. Расчет превышения температуры обмоток для установившегося режима

= Р/(кт Sохл),

где К_Т - коэффициент теплоотдачи (10 Вт м²°С^-1); S_OXJl -поверхность охлаждения обмотки; Р - мощность выделяемая в обмотке.

Р =I²R = /R = q/ ( 1_ср ) = q/[ (d_B+h_k) ]

Поверхность охлажденияS_ox_л = (d_B+2hк) 1_K. ..

6. Диаметр провода d_np проверяем из условий нагрева в установившемся режиме

I²R = 4 I² 1_ср /( d _np) = K_T Sохл. .

7. После выбора d_np проводим поверочный расчет F и с учетом коэффициента заполнения К_зм. Если обмотка работает в режиме кратковременного включения, то допустимое время включения

t = Т ln

где - допустимое превышение температуры; Т - постоянная времени нагрев аобмотки.

Т = с G / (K_T Sохл.) = .

где с - удельная теплоемкость материала провода [для меди с = 390 Вт-с/ (кг -°С) ]; G - масса провода, кг; - плотность материала провода, кг/м³ (для меди

= 8900 кг/м .

8. Нагрев геркона при повторно кратковременном режиме рассчитывается по известной методике.

Занятие 14

Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 11 12 Следующая