Токовая перегрузка, пиролиз изоляции
Токовая перегрузка это аварийный пожароопасный режим
Токовая перегрузка, это аварийный пожароопасный режим, при котором по элементу электросети проходит ток, превышающий номинальное значение, на которое рассчитан данный элемент (провод, кабель, устройство электрозащиты). В результате этого данный элемент электросети перегревается и в нем происходят различного рода изменения. Тепловые эффекты, сопровождающие этот режим и соответствующие повреждения элементов электроустановок, различаются в зависимости от кратности тока перегрузки, которая равна отношению величины рабочего тока к номинальному или длительно допустимому. Например, при перегрузках с кратностью не более двух в элементах электросети за короткое время не возникают заметные термические повреждения. Однако при длительной работе в этих же условиях происходит перегрев проводников или токопроводящих деталей, постепенное разрушение их изоляции со значительным снижением ее изоляционных свойств.
Так, при температуре нагрева проводников выше 65 С° изоляция проводов высыхает и с течением некоторого времени теряет свою эластичность, в ней появляются трещины, приводящие к заметному снижению сопротивления изолирующего покрова жил и появлению токов утечки. При более высоких перегрузках за сравнительно короткое время могут произойти размягчение и деформация изоляционных покровов и даже металла жил проводов и токоведущих деталей. Как правило, после разрушения изоляции возникает короткое замыкание с характерными для него пожароопасными факторами.
Нагревание и возгорание при токовой перегрузке. Пиролиз изоляции
Наряду с этим следует иметь в виду, что при перегрузке изолированного электропровода реализуется специфический способ нагревания изоляции и особый источник зажигания. Нагрев изоляции происходит одновременно по всей поверхности, которая контактирует с токопроводящей жилой, и сопровождается интенсивным образованием горючей смеси продуктов пиролиза с воздухом. Этот процесс при условии неотключения источника электропитания может продолжаться до полного разрушения проводника, которое произойдет, например, при достижении токоведущей жилой температуры плавления металла.
Разрушение электропроводника может произойти по другому механизму, когда, например, ослабнет при температуре, близкой к температуре плавления металл проводника, свободно висящего на элементах конструкций, и проводник разрушится под действием собственного веса. Характерно, что при достижении этого момента произойдет разрыв жилы, сопровождающийся искровым разрядом, независимо от того, питается ли цепь от источника постоянного или переменного тока. Этот разряд является эффективным источником зажигания образовавшейся горючей смеси. При еще больших кратностях токов перегрузки источниками зажигания могут явиться нагретые до высокой температуры токопроводящие жилы и другие детали.
Следует также учитывать, что процесс прогрева и пиролиза изоляции происходит на всем протяжении токоведущей жилы, и поэтому возгорание может произойти на одном или даже нескольких наиболее теплонапряженных участках линии. Подобным тонкостям обучают на специализированных курсах, а к работе сотрудники допускаются только после аттестации промышленной безопасности.
Электросопротивление в местах перехода электрического тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения также обусловливает локальный нагрев металла токопроводящих деталей и прилегающих материалов вплоть до появления источников зажигания. И чем большей будет токовая нагрузка, тем более интенсивным окажется разогрев контактного соединения, поскольку тепловая мощность прямо пропорциональна квадрату силы тока. Особенно опасно проявление эффекта нагрева контактных соединений в режиме затяжного короткого замыкания, при котором сила тока может превышать рабочий ток в сотни раз. Нередко это приводит к появлению вторичных очагов возгорания не только в месте короткого замыкания, но и на других участках, в местах, где оказываются при этом под токовой нагрузкой плохие контакты.
Токовая перегрузка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Токовая перегрузка ограничена только нагревом и расширением металлических выводов электродов.
[1]
Токовые перегрузки, возникающие во время переходных процессов, как правило, не опасны для транзисторов, так как у них велика перегрузочная способность. Транзисторы выдерживают импульсные токи, значительно превышающие величины постоянных максимальных токов. [2]
Токовая перегрузка проводников ведет к резкому увеличению потерь и, наоборот, уменьшение нагрузки ведет к снижению потерь. Это обстоятельство учитывают при выборе режима работы двух параллельных линий ( рабочей и резервной), каждая из которых рассчитана на полную нагрузку. Целесообразно включать обе такие линии на одновременную работу, а не держать одну в резерве, другую под полной нагрузкой. При таком режиме нагрузка каждой линии уменьшится в два раза, а потери в каждой из них уменьшатся в четыре раза. [3]
При токовой перегрузке силовой ключ должен оставаться в границах короткозамкнутой ОБР в течение всего периода запирания. Контроль режима перегрузки осуществляют либо с помощью датчиков тока, либо по выходному напряжению ключа.
[4]
При длительной токовой перегрузке срабатывает тепловая защита автомата. Для повторного включения автомата типа АП50 надо через 10 — 15 мин после срабатывания нажать на кнопку. [5]
При длительной токовой перегрузке двигателя тепловое реле 1ТР нагревается и биметаллическая пластина, прогибаясь, размыкает контакт ТР и останавливает компрессор. При остывании нагревателя теплового реле компрессор самопроизвольно включается. В РТК-Х на 220 В в отличие от тепловых реле прежних конструкций ( РТП-1 и др.) имеется второй тепловой элемент 2ТР, установленный только в цепи пусковой обмотки. [6]
При токовых перегрузках и токах короткого замыкания плавкая вставка предохранителя перегорает и размыкает этим цепь. [7]
| Зависимость температурного режима трубы во времени от положения ее на стенде и степени уплотнения концов. [8] |
При 3-кратных токовых перегрузках алюминиевые жилы расплавляются, а медные либо вообще не расплавляются, либо перегорают без искрового ( дугового) разряда.
[9]
| Сопоставление перегрузочной характеристики тиристора ( кривая 1 и характеристик полностью ( кривая 2 и частично ( кривая 3 согласованных предохранителей, магнитного выключателя ( кривая 4 и биметаллического выключателя ( кривая 5. [10] |
При длительных токовых перегрузках Целесообразно использовать другие средства защиты, например быстродействующие магнитные выключатели, а также биметаллические тепловые выключатели. [11]
В США токовая перегрузка обмоток статора и ротора мощных турбогенераторов ограничивается с помощью АРВ на основе характеристик / Д ( t) и i / 2 ( t), которые определены стандартом США и базируются на допустимом нагреве. [12]
Основными причинами токовых перегрузок являются технологические перегрузки приводимых во вращение механизмов, понижение напряжения при коротких замыканиях в питающей сети и последующее его восстановление, а также обрыв одной фазы статора.
Понижение питающего напряжения приводит к повышению тока двигателя и к снижению его вращающего момента. Если вращающий момент становится меньше момента сопротивления нагрузки, то двигатель останавливается.
[13]
| Схема испытания защиты выпрямителя на управляемых вентилях от токов коротких замьжаний. [14] |
Защита от токовой перегрузки должна быть выбрана так, чтобы среднеквадратичное значение тока, проходящего через управляемый вентиль, не превышало допустимой величины. Пик тока после зажигания управляемого вентиля ограничивается входной индуктивностью. Входная индуктивность состоит из индуктивности питающего трансформатора и реактора, включенного на выходе выпрямителя. [15]
Страницы: 1 2 3 4
Защита от перегрузок и перегрузок по току — базовое управление двигателем
Термины и определения
Нажмите кнопку воспроизведения в следующем аудиоплеере, чтобы слушать, пока вы читаете этот раздел.
При первом запуске двигателя, прежде чем вал наберет скорость и начнет вращаться, характеристики катушки статора аналогичны характеристикам короткого замыкания. Таким образом, двигатель начинает потреблять очень высокие значения . Этот ток создает магнитное поле, которое заставляет вал двигателя вращаться, и это вращательное действие создает противо-ЭДС (CEMF), которая ограничивает ток до его нормального рабочего значения.
Вызывается начальное высокое значение тока, которое может вызвать серьезные помехи в линии и ложные срабатывания, если и не имеют соответствующего размера.
Термин «» описывает умеренный и постепенный рост значения тока в течение относительно длительного периода времени. Это вызвано чрезмерным потреблением тока двигателем, который может превышать номинальный ток в шесть раз. Это происходит из-за слишком большой нагрузки на двигатель. Системы защищены . В то время как перегрузки допускаются на короткое время (обычно минуты), длительные перегрузки будут использовать тепловое воздействие, чтобы вызвать срабатывание защитного устройства.
Термин « » (иногда называемый коротким замыканием или замыканием на землю) описывает резкое и быстрое возрастание тока за короткий промежуток времени (доли секунды). Цепи и оборудование защищены от перегрузки по току предохранителями или автоматическими выключателями.
В этих случаях значение тока намного превышает номинальный линейный ток и действительно может быть от шести до многих сотен раз выше нормального номинального значения тока.
Существует несколько причин перегрузок по току. Например, когда возникает короткое замыкание на болтах — либо линия на землю, либо линия на линию. Это приводит к тому, что потребляется очень большое значение тока из-за обратно пропорциональной зависимости между током цепи и потребляемым током.
Другая менее интуитивная причина коротких замыканий — запуск асинхронного двигателя. При первом включении трехфазного асинхронного двигателя обмотки статора состоят из цепи с очень низким сопротивлением. Это потребляет очень большой пусковой ток, который неотличим от стандартного короткого замыкания, за исключением того, что он быстро падает до номинального значения тока, потребляемого двигателем.
Это связано с CEMF (противоэлектродвижущей силой), развиваемой вращающимся валом двигателя. Когда двигатель вращается, CEMF ограничивает ток до безопасных значений. Когда двигатель не вращается, от источника потребляется очень большое значение тока. Этот ток иногда называют , и устройства перегрузки по току должны быть рассчитаны на безопасное обращение с этим значением тока.
Последствия коротких замыканий
Два основных отрицательных выхода сверхтоков:
- Тепловая энергия : Высокие значения тока создают много тепла, которое может повредить оборудование и провода. Тепловая энергия может быть выражена как I 2 t (ток в квадрате, умноженный на время) — чем дольше сохраняется неисправность, тем больше потенциальное тепловое повреждение.
- Механические силы : Сильные токи короткого замыкания могут создавать мощные магнитные поля и оказывать огромное магнитное напряжение на шины и оборудование, иногда деформируя их и создавая другие проблемы.
Большие значения тока короткого замыкания могут очень быстро привести к повреждению, поэтому устройства защиты от перегрузки по току должны срабатывать очень быстро, чтобы устранить неисправность. Существуют две основные категории устройств защиты от перегрузки по току: предохранители и автоматические выключатели.
Предохранители
ПредохранителиA представляют собой простое устройство, которое защищает проводники и оборудование цепи от повреждения из-за превышения нормальных значений замыкания. Он разработан, чтобы быть самым слабым звеном в цепи.
Предохранитель представляет собой изолированную трубку, содержащую полоску из проводящего металла (плавкую вставку), температура плавления которой ниже, чем у меди или алюминия. Плавкая вставка имеет узкие резистивные сегменты, которые концентрируют ток и вызывают повышение температуры в этих точках.
При коротком замыкании плавкие элементы сгорают всего за доли секунды. Чем выше значения тока короткого замыкания, тем быстрее среагирует предохранитель.
В ситуации перегрузки предохранителям может потребоваться много секунд или даже минут, прежде чем термические воздействия приведут к расплавлению плавкой вставки.
Предохранители бывают двух категорий: быстродействующие предохранители (тип P) и предохранители с задержкой срабатывания (тип D).
Предохранители, используемые в цепях двигателя, должны выдерживать интенсивный пусковой ток при запуске двигателя, поэтому мы используем предохранители с выдержкой времени, также известные как «двухэлементные предохранители».
Общие рейтинги
Все устройства максимального тока должны работать в пределах своих номинальных значений. Тремя наиболее важными параметрами являются напряжение, ток и отключающая способность.
Номинальное напряжение
Предохранители и автоматические выключатели должны быть рассчитаны как минимум на номинал цепи, для защиты которой они предназначены.
Когда предохранитель или автоматический выключатель прерывает ток короткого замыкания, он должен безопасно гасить дугу и предотвращать ее повторное возникновение.
Например, предохранитель с номиналом 240 В (среднеквадратичное значение) можно использовать в цепи 120 В. Однако при использовании предохранителя в цепи 600 В номинальное напряжение превысит допустимое.
Непрерывный режим работы
описывает максимальное номинальное среднеквадратичное значение тока, на которое рассчитано устройство максимального тока в непрерывном режиме без отключения. Вообще говоря, номинал предохранителя или автоматического выключателя не должен превышать пропускную способность цепи по току, но есть исключения, например, для некоторых цепей двигателя.
Отключающая способность
Когда происходит короткое замыкание или замыкание на землю, сопротивление цепи падает практически до нуля, вызывая протекание очень больших значений тока. Это чрезвычайно быстрое нарастание тока короткого замыкания может привести к повреждению проводов и оборудования из-за перегрева и должно быть устранено как можно быстрее.
Устройство перегрузки по току — это максимальный ток короткого замыкания, который устройство может отключить без ущерба для себя. Большинство автоматических выключателей и предохранителей имеют номинал IC 10 000 ампер.
Для систем, рассчитанных на более высокие токи короткого замыкания, предохранители с высокой разрывной нагрузкой (HRC) могут отключать токи до 200 000 ампер за счет использования дугогасящего наполнителя, такого как кварцевый песок, для прерывания короткого замыкания.
Характеристики кривых срабатывания автоматического выключателя и согласование – статьи
Рис. 1: Упрощенная времятоковая кривая. Фото: TestGuy
Времятоковые кривые используются для отображения количества времени, необходимого для срабатывания автоматического выключателя при заданном уровне перегрузки по току.
Кривые время-ток обычно отображаются в логарифмическом масштабе. Цифры по горизонтальной оси кривой представляют собой номинальный постоянный ток (In) для автоматического выключателя, цифры по вертикальной оси представляют время в секундах.
Чтобы определить, сколько времени потребуется для отключения выключателя: найдите значение тока, кратное (In), в нижней части графика. Затем проведите вертикальную линию до точки, где она пересекает кривую, а затем проведите горизонтальную линию до левой стороны графика, чтобы найти время в пути.
общее время отключения автоматического выключателя представляет собой сумму времени срабатывания выключателя, времени разблокировки, времени механического срабатывания и времени образования дуги.
Кривые разрабатываются с использованием заранее заданных спецификаций, таких как работа при температуре окружающей среды 40°C, поэтому имейте в виду, что фактические условия эксплуатации автоматического выключателя могут вызвать отклонения в его характеристиках.
Большинство кривых имеют информационное поле, в котором указывается, к какому автоматическому выключателю относится кривая. Это информационное поле может также содержать важные примечания от производителя, такие как допустимое отклонение от времени срабатывания.
Реальный пример кривой времени тока автоматического выключателя с выделением. Фото: TestGuy
Защита от перегрузки
Верхняя часть времятоковой кривой показывает тепловую реакцию автоматического выключателя, изогнутая линия указывает на номинальную производительность автоматического выключателя.
В термомагнитных выключателях тепловая перегрузка возникает, когда биметаллический проводник внутри выключателя отклоняется после нагревания током нагрузки, разблокируя приводной механизм и размыкая контакты.
Чем больше перегрузка, тем быстрее биметаллическая пластина будет нагреваться и отклоняться для устранения перегрузки. Это то, что известно как «обратная кривая времени».
Долговременная функция
В электронных автоматических выключателях долговременная функция (L) имитирует эффект теплового биметаллического элемента.
Номинальная точка срабатывания, в которой электронный расцепитель обнаруживает перегрузку, составляет примерно около 10 % от выбранного номинального тока. После срабатывания автоматический выключатель сработает по истечении времени, заданного регулировкой долговременной задержки.
Защита от короткого замыкания
В нижней части времятоковой кривой отображается реакция автоматического выключателя на короткое замыкание. В тепловых магнитных выключателях место срабатывания при перегрузке по току значительной величины приводит в действие магнитный якорь внутри выключателя, который размыкает механизм.
Мгновенная функция
В электронных автоматических выключателях функция мгновенного действия (I) имитирует магнитную характеристику термомагнитного автоматического выключателя. Это достигается с помощью микропроцессора, который берет выборки из формы сигнала переменного тока много раз в секунду для расчета истинного среднеквадратичного значения тока нагрузки.
Мгновенное отключение происходит без преднамеренной задержки по времени.
Рисунок 3: Комбинированная кривая LSIG. Фото: TestGuy.
Кратковременная функция
Некоторые электронные автоматические выключатели могут быть оборудованы Кратковременной функцией (S), которая дает автоматическому выключателю задержку перед отключением при значительном перегрузке по току. Это позволяет осуществлять избирательную координацию между защитными устройствами, чтобы гарантировать, что только устройство, ближайшее к повреждению, размыкается, не затрагивая другие цепи (см. координацию автоматических выключателей ниже) .
Характеристика I 2 t кратковременной функции определяет тип задержки. I 2 t IN приведет к обратнозависимой выдержке времени, которая напоминает время/токовые характеристики предохранителей. Это похоже на функцию длительного времени, но с гораздо более быстрой задержкой. I 2 t OUT обеспечивает постоянную задержку, обычно 0,5 секунды или меньше, как указано на кривой время-ток.
Функция блокировки зон
Для автоматических выключателей, оборудованных блокировкой зон с короткой задержкой при отсутствии ограничивающего сигнала от нижестоящего устройства, будет применяться минимальный временной диапазон независимо от настройки, который иногда называют максимальной неограниченной задержкой.
Когда функция мгновенного отключения отключена, используется блокировка с кратковременной задержкой для мгновенного срабатывания автоматических выключателей в случае значительного короткого замыкания. Это называется номиналом кратковременной стойкости и представлено на кривой отключения в виде абсолютного значения тока.
Связанный: Избирательная блокировка зон (ZSI) Основные принципы
Защита от замыканий на землю
Как и долговременная функция, элемент защиты от замыканий на землю (G) состоит из уставки срабатывания и задержки. Когда происходит замыкание фазы на землю, сумма фазных токов больше не равна, потому что ток замыкания на землю возвращается через шину заземления.
В 4-проводной системе четвертый ТТ устанавливается на нулевой шине для обнаружения этого дисбаланса.
При возникновении дисбаланса тока автоматический выключатель сработает, если величина превышает уставку срабатывания при замыкании на землю. Если прерыватель остается включенным в течение времени, заданного задержкой замыкания на землю, автоматический выключатель сработает. Защита от замыкания на землю иногда поставляется с функцией I 2 t, которая работает по тому же принципу, что и кратковременная задержка.
Пример 4-проводной системы защиты от остаточного замыкания на землю. Фото: TestGuy.
Защита от замыкания на землю требует наименьшей энергии для срабатывания автоматического выключателя, часто со значениями срабатывания, установленными значительно ниже уставки срабатывания длительного времени. При проверке функции автоматического выключателя на перегрузку или короткое замыкание необходимо отключить защиту от замыкания на землю или «убрать в сторону» для работы других функций.
Использование комплекта для тестирования производителя или изменение проводки входа нейтрального трансформатора тока является предпочтительным методом проверки первичной подачей низковольтного автоматического выключателя с защитой от замыкания на землю, в противном случае два полюса могут быть соединены последовательно, чтобы обеспечить сбалансированные вторичные токи для отключения единица.
Связанный: Системы защиты от замыканий на землю: основы тестирования производительности
Координация автоматических выключателей
Времятоковые характеристики необходимы для правильной координации автоматических выключателей. В случае неисправности должен сработать только ближайший к месту неисправности автоматический выключатель, не затрагивая другие цепи.
В приведенном ниже примере три автоматических выключателя были скоординированы таким образом, что время срабатывания каждого выключателя было больше, чем время срабатывания нижестоящего выключателя (автоматов), независимо от величины неисправности.
Упрощенный пример координации отключения выключателя. Фото: TestGuy.
Автоматический выключатель CB-3 настроен на отключение при перегрузке 2000A или выше в течение 0,080 секунды . Автоматический выключатель CB-2 сработает, если перегрузка сохраняется в течение 0,200 секунд, и автоматический выключатель CB-1 , если неисправность сохраняется в течение 20 секунд .
При возникновении неисправности нижестоящий выключателя CB-3, он сработает первым и устранит неисправность. Автоматические выключатели CB-2 и CB-1 продолжат обеспечивать питание цепи.
Каждая функция расцепителя также должна быть согласована во избежание ложных срабатываний. Например, если автоматический выключатель питает часть оборудования с большими пусковыми токами, значение мгновенного срабатывания должно быть установлено выше, чем значение кратковременного срабатывания, чтобы предотвратить отключение, когда оборудование находится под напряжением.