Лабораторная работа №4

Исследование время-токовых характеристик

автоматических выключателей и тепловых реле.

Цель работы:

1.Изучить устройство и принцип дей­ствия автоматических выключателей и тепловых реле.

2. Получить опыт исследование время-токовых характеристик автоматических выключателей и тепловых реле.

Программа работы:

1.Ознакомиться с устройством автоматических выключателей и тепловых реле разных типов.

2.Ознакомится со схемой испытательного стенда 13УН-1 и испытательного устройства «Сатурн-М» и инструкцией по их эксплуатпции.

3.Поочередно подключить автоматические выключатели и тепловые реле к испытательному оборудованию в соответствии со схемами испытаний и определить 3-4 точки время-токовой характеристики испытуемого автоматического выключателя или теплового реле.

Методические указания

I.Общие сведения

Автоматические выключатели (автоматы). В отличие от плавких предохранителей — это более функциональные аппараты защиты, предназначенные для многократного срабатывания. Несмотря на их большую стоимость, за счет большей функциональности и многократности срабатывания они наиболее предпочтительны в использовании для защиты силовых цепей электроприводов от аварийных режимов.

Как правило, автоматические выключатели, используемые для коммутации и защиты электрических цепей двигателей электроприводов, имеют комбинированный расцепитель: тепловой и электромагнитный. Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину из металлов с существенно разными коэффициентами теплового расширения, которая нагревается током на­грузки. Так как температура нагрева зависит от силы тока во вто­рой степени, то при токовых перегрузках на 20...30 % выше тока уставки срабатывания автоматического выключателя биметалли­ческая пластина нагревается с течением времени током нагрузки до существенно большей температуры, которая превышает задан­ную уставкой автоматического выключателя соответственно в 1,44...1,69 раза. Это достаточное условие, чтобы биметаллическая пластина, изгибаясь в сторону металла с наименьшим коэффици­ентом теплового расширения, механически воздействуя на удер­живающую защелку, вызвала отключение автоматического вы­ключателя его отключающей пружиной, которая взводится при включении автоматического выключателя.

Поэтому при незначительных длительных токовых перегрузках срабатывает тепловой расцепитель, а при значительных кратко­временных, превышающих для силовых цепей электропривода в 7-12 раз номинальный ток уставки автоматического выключате­ля, срабатывает электромагнитный расцепитель (отсечка). Это позволяет за счет инерционности теплового расцепителя исключить ложное отключение автоматического выключа­теля при значительных пусковых токах двигателя электропривода и в то же время обеспечить его отключение при незначительных, но длитель-ных перегрузках.

Ток срабатывания теплового расцепителя автоматического включателя, как правило, можно плавно изменять за счет изме­нения расстояния между воспринимающей биметаллической пластиной и удерживающей защелкой. Для исключения нестабильно­сти срабатывания теплового расцепителя, если температура окру­жающей среды изменяется в определенных пределах, современ­ные автоматические выключатели имеют термокомпенсацию.

Тепловые реле и автоматические выключатели с тепловыми расцепителями. Это наиболее доступные и распространенные сред­ства защиты двигателей ЭП от малых и длительных перегрузок, которые могут быть вызваны чисто технологическими перегрузка­ми, неноминальными условиями электропитания, в частности по­терей электропитания одной из фаз у трехфазных электродвигате­лей.

Номинальный ток уставки теплового реле определяют в общем случае так же, как и номинальный ток уставки теплового расцепи-теля автоматического выключателя. Как правило, тепловые реле имеют возможность плавного регулирова­ния их тока срабатывания (уставки) в среднем около ±20 % номи­нального тока реле путем изменения расстояния от воспринимаю­щей биметаллической пластины до упора микропереключателя, включаемого обычно размыкающим контактом последовательно с катушкой магнитного пускателя.

Для защиты асинхронных ЭП применяют двухполюсные тепло­вые реле с температурной компенсацией серии ТРН, которые встроены в магнитные пускатели серий ПМЕ и ПА, и однополюс­ные— ТРП, которые не имеют температурной компенсации. Их ток уставки Iт.н при нулевом положении регулятора рассчитывают по формуле

Iт.н = Iн [1+ 0,06(40 -θ_окр)],

где: Iн — номинальный ток нагревательного элемента, А;

θ_окр - температура окру­жающей среды в месте установки теплового реле, °С.

Тепловые реле указанных серий заменяют более современными — серий РТТ и РТЛ, которые также предназначены для защиты трех­фазных асинхронных двигателей ЭП от длительных перегрузок, в том числе возникающих при обрыве одной из фаз. Реле имеют ис­полнение для установки на металлических и изоляционных панелях, рейках комплектного устройства и специальное исполнение для ус­тановки в корпуса магнитных пускателей различных серий. Трехпо-люсное исполнение тепловых реле, применение несменных нагревательных элементов и ускоренное срабатывание при обрыве фазы повышают надежность защиты электродвигателей по срав­нению с однополюсным и двухполюсным исполнениями реле.

Рис. 1 Типовая времятоковая за­щитная характеристика автомати­ческого выключателя с комбиниро­ванным расцепителем: тепловым и электромагнитным

На рисунке 1 приведена типовая защитная характеристика автоматического выключателя с комбинированным (тепловым и электромагнитным) расцепителем.

Включение и отключение автоматических выключателей осу­ществляют непосредственно вручную либо дистанционно, напри­мер с помощью электромагнитного привода. Кроме того, могут устанавливаться дополнительные расцепители, например в нуле­вом проводе, минимального напряжения и др.

Для управления и защиты двигателей электроприводов, а также для коммутации и защиты их цепей управления наибольшее рас­пространение получили одно-, двух-, трех- и четырехполюсные автоматические выключатели серий АП50, АК63, АЕ, А3000, ВА. Автоматические выключатели серий АП50 и АК63 рассчитаны со­ответственно на номинальные токи до 50 А и 63 А. Выключатель АП50 имеет кнопочный привод включения и отключения, а АК63 — рычажный. Автоматические выключатели серий АЕ, А3000, ВА выпускают на больший диапазон номинальных токов, они имеют рычажный привод включения — отключения. Автома­тические выключатели серии ВА соответствуют требованиям ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60 898-95), имеют комбинированный расцепитель (тепловой и электромагнитный), рассчитаны для ра­боты в цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц и охватыва­ют диапазон номинальных токов от 1 до 100 А при номинальном напряжении от 230 до 400 В и коммутационной износостойкости не менее 4000 циклов «включение—отключение». Автоматические выключатели серии ВА универсальны в монтаже и могут крепить­ся винтами к монтажной панели или к монтажной рейке DIN 35x7,5 мм. Выбор автоматического выключателя с комбинированным рас­цепителем (тепловым и электромагнитным) для коммутации и за­щиты электрических цепей ЭП осуществляют по количеству полю­сов, по номинальному напряжению и по номинальному току.

В общем случае номинальные токи аппаратов защиты должны быть не менее длительных расчетных токов защищаемых цепей ЭП, по возможности близкими к ним и не должны отключать защищае­мую цепь при ее включении. Вместе с тем необходимо, чтобы авто­матический выключатель с комбинированным расцепителем удов­летворял требованиям по чувствительности ll₃/I_ay>3 и по от­ключающей способности коммутировать максимально возможный ток короткого замыкания защищаемой цепи.

Автоматические выключатели подразделяются на:

- выключатели бытового и аналогичного назначения;

- выключатели, не относящиеся к категории бытового и аналогичного назначения.

Расцепители АВ регулируются и калибруются на заводе – изготовителе, после чего их крышки пломбируются. Открывать крышки и регулировать расцепители не разрешается. При наружном осмотре проверяют отсутствие повреждений основания кожуха и крышки автомата, соответствие типа номинального тока автомата и расцепителей проекту и производят несколько включений и отключений вручную.

Существующие ГОСТ предъявляют к тепловым и электромагнитным расцепителям автоматических выключателей определенные требования.

Объектом исследования является ток и время срабатывания расцепителей АВ и тепловых реле.

Для проверки тепловых расцепителей автоматических выключателей бытового и аналогичного назначения необходимо пропустить через каждый, находящийся в холодном состоянии, полюс выключателя ток, равный 2,55·I_n Время расцепления должно составлять не менее 1 секунды и не более:

60 с – при номинальных токах выключателей до 32 А включительно;

120 с – при номинальных токах выключателей выше 32 А.

Для каждого типа автоматических выключателей, не относящихся к категории «бытового и аналогичного назначения» время срабатывания теплового расцепителя в указанном режиме не должно превышать времени, указанного заводом-изготовителем.

Термин «холодное состояние полюса АВ» означает: «Без предварительного пропускания тока при контрольной температуре калибровки» (ГОСТ Р 50345-99). Контрольная температура калибровки – 30ºС. Испытания производят при любой температуре, а результаты корректируют к температуре 30ºС на основании поправочных коэффициентов изготовителя. При отсутствии данных завода-изготовителя испытательные токи устанавливаются отличными от указанных на 1,2% на каждый градус изменения температуры, при которой производятся испытания.

Для проверки электромагнитных расцепителей выключатели бытового и аналогичного назначения по ГОСТ Р 50345-99 классифицируются по диапазонам токов мгновенного расцепления и подразделяются на типы расцепления

В – 3·I_n < I_a ≤ 5·I_n, С – 5·I_n < I_a ≤ 10·I_n и D – 10·I_n < I_a ≤ 50·I_n, где:

I_n – номинальный ток автоматического выключателя;

I_a – ток мгновенного расцепления.

Выключатели, по ГОСТ Р 50030.2-99 не относящиеся к категории «бытового и аналогичного назначения», имеют конкретные значения уставок расцепителей по токам коротких замыканий. Токи мгновенного расцепления этих выключателей должны находиться в диапазоне 0,8·I_уст < I_a ≤ 1,2·I_уст , где:

I_уст – уставка расцепителя АВ по току короткого замыкания (отсечка);

I_a – ток мгновенного расцепления.

При исследовании расцепителей автоматических выключателей необходимо выполнять следующие требования:

Тепловой расцепитель: Для проверки тепловых расцепителей автоматических выключателей бытового и аналогичного назначения необходимо пропустить через каждый, находящийся в холодном состоянии, полюс выключателя ток, равный 2,55·I_n

Проверку тепловых расцепителей автоматических выключателей, не относящихся к категории «бытового и аналогичного назначения» проводят при 4-х кратном токе от номинального тока расцепителя.

Электромагнитный расцепитель: Проверку электромагнитных расцепителей автоматических выключателей в соответствие с ГОСТ Р 50030.2-99 производят путём измерения тока срабатывания расцепителя, плавно увеличивая испытательный ток до момента его срабатывания. Комплектное испытательное устройство «Сатурн-М1» обеспечивает требуемую скорость увеличения испытательного тока, исключающую возможность срабатывания расцепителя тока перегрузки раньше расцепителя тока короткого замыкания и позволяет зафиксировать ток срабатывания расцепителя.