Zabezpieczenia nadmiarowoprądowe

1.Prąd znamionowy.

   Jest to wartość prądu przepływającego przez urządzenie, przy której może ono trwale pracować spełniając narzucone mu wymagania (np. wydawanie odpowiedniej mocy w przypadku silnika, zapewnienie odpowiedniej przepustowości w przypadku przewodu elektroenergetycznego, przewodzenie oraz wyłączenie odpowiedniego prądu w przypadku łącznika itp.).

Przy obciążeniu urządzenia prądem znamionowym temperatura najgorętszego punktu nie przekroczy wartości dopuszczalnej długotrwale tzn. temperatura, przy której najbardziej wrażliwe na ciepło elementy urządzenia mogą trwale pracować. Dlatego, też przy wystąpieniu bardziej dużych, prądów lub niewiele przekraczających prąd znamionowy, lecz utrzymujących się długo temperatura może okazać się niebezpieczna z punktu widzenia zagrożenia pożarowego i wybuchowego.

Przeciążenie

Przeciążenia silników elektrycznych z reguły powodowane przeciążeniami mechanicznymi maszyn górniczych, bądź też niewłaściwymi warunkami zasilania silnika (niedostateczna wartość napięcia zasilającego w związku z nadmiernym spadkiem napięcia w sieci). Prąd przeciążeniowy przekracza zwykle wartości prądu znamionowego od kilku procent do kilku razy.

Zwarcie

Zwarcie ma miejsce w przypadku uszkodzenia izolacji i małooporowego połączenia punktu obwodu będących względem siebie pod napięciem. Prąd zwarciowy przewyższa wartość prądu znamionowego od kilkunastu do kilkuset razy (w dołowej sieci niskiego napięcia może osiągnąć nawet 10000A). Długotrwałe utrzymywanie się w sieci prądów przeciążeniowych, a tym bardziej zwarciowych, jest niedopuszczalne, gdyż prowadzi to do powstania wysokich temperatur.

Urządzeniami przeznaczonymi do zapobiegania skutkom zwarć i przeciążeń są zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe. Spełniają one swą rolę poprzez samoczynne wyłączanie odcinka sieci, w którym wystąpiło przeciążenie lub zwarcie.

2. Rodzaje zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych

a) Zabezpieczenia przed przeciążeniami

   Trudności w doborze bezpieczników dostosowanych do dopuszczalnego obciążenia kabla i pozwalających jednocześnie na pełne wykorzystanie jego przekroju

powodują że w sieciach kablowych bezpieczniki służą głównie jako zabezpieczenia przed skutkami zwarć oraz przed większymi przeciążeniami. Poszczególne odcinki kabli chronione są również pośrednio przed przeciążeniami, a mianowicie

przez zabezpieczenie cieplne zasilanych nimi silników.

b) Zabezpieczenia przed skutkami zwarć

   Zabezpieczenia zwarciowe w podziemnej sieci niskiego napięcia dobiera się   głównie ze względu na :

  -  bezpieczeństwo pożarowe, 

  -  ochronę przed rażeniem prądem elektrycznym.

Oba te względy wymagają możliwie szybkiego wyłączenia odcinka sieci, w którym nastąpiło zwarcie celu osiągnięcia tego najmniejszy prąd zwarcia dwubiegunowego, jaki może popłynąć w zabezpieczonym odcinku, powinien być przynajmniej 4 do 6 razy większy od prądu znamionowego zastosowanej wkładki bezpiecznikowej szybkiej, 6 do 8 razy większy od prądu znamionowego wkładki zwłocznej oraz 1,3 razy większy od nastawionego prądu zadziałania wyzwalacza lektromagnetycznego.

c) Zabezpiecznie topikowe

   Bezpieczniki topikowe wyróżniają dwa zasadnicze elementy:

    - podstawa bezpiecznika stanowiąca element stały wbudowany do izolacji,

      wkładka topikowa zamocowana na podstawie i wymieniona po każdorazowym

      zadziałaniu bezpiecznika

  - pod wpływem zwiększonego prądu dochodzi do stopienia topiku i tym sa-

    mym do przerwania obwodu stosowane w zasadzie jako zabezpieczenie

     zwarciowe.

Przekrój bezpiecznika mocy typu Bu-Wto

1 – wkładka topikowa, 2 – styki wkładki topikowej, 3 – podstawa bezpiecznika, 4 – topik wkładki o działaniu opóźnionym, 5 – piasek kwarcowy, 6 – topik wskaźnika zadziałania, 7 – wskaźnik zadziałania

Bezpieczniki niskonapięciowe dzielimy na:

    - aparatowe - zabezpieczenie przyrządów pomiarowych, sygnalizacyjnych,

- instalacyjne,

- mocy,

- specjalne.

d) Zabezpieczenie termo bimetalowe

   Należą do nich przekaźniki termo bimetalowe. Zabezpieczenie przeciążeniowe nie powinno dopuścić do przekroczenia temperatury dopuszczalnej, a uwzględniając pewien współczynnik pewności, wyłączyć urządzenie przed osiągnięciem tej temperatury. Zasadniczą częścią przekaźnika jest element bimetalowy. W chemii gdy temperatura urządzenia chronionego zbliży się do wartości dopuszczalnej wygięcie bimetalu będzie tak duże że spowoduje otwarcie zestyku i w wyniku tego wyłączenie obwodu.

Przekaźnik termobimetalowy

1 – element bimetalowy,

2 – grzejnik,

3 – zestyk przekaźnika

Charakterystyki:              Zależność prądu wtórnego od pierwotnego

1 – cieplna urządzenia zabezpieczającego               przekładnika nasycającego się.

      przed przeciążeniem

2 – czasowo-prądowa zabezpieczenia

      termobimetalowego.

Charakterystyki czasowo-prądowe przekaźnika

                                                     termobimetalowego z przekładnikiem

                                                     nasycającym się (linia ciągła) oraz bez

                                                     przekładnika (linia przerywana).

e) Zabezpieczenie elektromagnesowe

   Należą do nich wyzwalacze i przekaźniki elektromagnesowe. Wykorzystane są jako zabezpieczenia zwarciowe. Na podstawie charakterystyki czasowoprądowej możemy stwierdzić, że wyzwalacze elektromagnesowe mają czas działania bardzo krótki (działanie bezzwłoczne) i nie zależy on od wartości prądu. Charakterystyka ta jest, więc niezależna.

              Wyzwalacz elektromagnesowy

                                                            1 – uzwojenie

                                                            2 – zwora elektromagnesu

                                                            3 – zapadka zamka wyłącznika

                                                            4 – sprężyna

                                                            5 – śruba regulująca prąd zadziałania

                                                            6 – styki wyłącznika

                                                            7 – dźwignia zwalniająca zapadkę

Charakterystyka czasowo-prądowa wyzwalacza elektromagnesowego

(niezależna)

Poglądowe charakterystyki zadziałania wkładek bezpiecznikowych

                            t

                         t1Z

                         t1S

                         t2Z

                         t2S

                                  Jno  JgtX1 tX2                                           J

  zwłoczne

szybkie

  specjalne

3.Przebieg ćwiczenia

a) zapoznanie się z budową i zasadami działania podstawowych zabezpieczeń

    nadmiarowo-prądowych stosowanych w kopalnianych sieciach

     niskonapięciowych,

b) zapoznanie się z zabezpieczeniami przed skutkami zwarć,

c) zapoznanie się z zabezpieczeniami przed przeciążeniami,

d) dokonanie pomiaru czasu wyłączenia przeciążeniowego J=25A i 75A

Układ do pomiaru czasu działania bezpiecznika

-          nastawiamy napięcie równe 25A i mierzymy czas do zadziałania zabezpieczenia termobimetalowego,

-          powtarzamy czynność dwukrotnie dla napięcia równego 75A

-          uzyskane czasy przedstawiamy na wykresie:

                                t

                                          25A                   75A           J

Ponowne załączenie urządzenia, w którym zadziałał wyłącznik przeciążeniowy

    może nastąpić dopiero po pewnym czasie potrzebnym do uzyskania, przez

    bimetal znajdujący się w bezpieczniku, odpowiedniej temperatury.

e) dokonujemy pomiaru zadziałania urządzeń przeciwzwarciowych po przyłożeniu różnych napięć: