התקני הגנה: מטרה, סוגים, סיווג, מפרטים, התקנה, תכונות הפעלה, הגדרות ותיקון

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

התקני הגנה הם מכשירים שנועדו להגן על מעגלים חשמליים, ציוד חשמלי, מכונות ויחידות אחרות מכל איומים המפריעים לפעולה הרגילה של מכשירים אלה, כמו גם להגן עליהם מפני עומס יתר. חשוב לציין כאן שיש להתקין אותם בצורה נכונה, והפעולה צריכה להתבצע בדיוק בהתאם להוראות, אחרת התקני המיגון עצמם עלולים לגרום לכשל בציוד, פיצוץ, שריפה ועוד דברים נוספים.

דרישות בסיסיות להרכב

כדי שהמכשיר יפעל בהצלחה, עליו לעמוד בדרישות הבאות:

• אין לאפשר למכשירי הגנה, בשום פנים ואופן, לחרוג מהטמפרטורה המותרת עבורם בעומס רגיל של רשת החשמל או הציוד החשמלי.
• המכשיר לא אמור לנתק את הציוד מהחשמל במהלך עומסי יתר קצרי טווח, הכוללים לרוב זרם כניסת, זרם התנעה עצמית וכו'.

בבחירת קישורי נתיך, עליך להתבסס על הזרם הנקוב בקטע של המעגל שיגן על התקן זה. כלל זה לבחירת אמצעי הגנה רלוונטי בכל מקרה בבחירת כל מכשיר להגנה. חשוב גם להבין שעם התחממות יתר ממושכת, איכויות ההגנה מופחתות באופן משמעותי. זה משפיע לרעה על המכשירים, שכן ברגע של עומס קריטי הם עלולים, למשל, פשוט לא לכבות, מה שיוביל לתאונה.

התקני הגנה חייבים בהכרח לכבות את הרשת כאשר מתרחשים עומסים ממושכים במעגל זה. במקרה זה, יש להקפיד על התלות ההפוכה בזרם ביחס לזמן החשיפה.

בכל מקרה, התקן ההגנה חייב לנתק את המעגל בקצה כאשר מתרחש קצר חשמלי (קצר חשמלי). אם מתרחש קצר חשמלי במעגל חד פאזי, הכיבוי חייב להתרחש ברשת עם נייטרלי מוארק היטב. אם מתרחש קצר חשמלי במעגל דו-פאזי, אז ברשת עם ניטרלי מבודד.

להתקני הגנת מעגלים חשמליים יש יכולת פריצה I _{pr. הערך של פרמטר זה חייב להתאים לזרם הקצר שעלול להתרחש בתחילת הקטע המוגן. אם ערך זה נמוך מזרם הקצר המרבי האפשרי, ייתכן שתהליך ניתוק קטע מהמעגל לא יתרחש כלל או עשוי להתרחש, אך באיחור. בגלל זה, לא רק המכשירים המחוברים לרשת זו עלולים להינזק, אלא גם התקן ההגנה על המעגל החשמלי עצמו. מסיבה זו, גורם כושר השבירה חייב להיותגדול או שווה לזרם הקצר המרבי.}

Fusible Type Fuses

כיום, ישנם מספר מכשירים להגנה על רשתות חשמל, שהם הנפוצים ביותר. אחד מהמכשירים הללו הוא נתיך. מטרת התקן הגנה מסוג זה היא שהוא מגן על הרשת מפני עומסי יתר מסוג זרם וקצר חשמלי.

היום, ישנם מכשירים חד פעמיים, כמו גם עם תוספות להחלפה. ניתן להשתמש במכשירים כאלה הן בצרכים תעשייתיים והן בחיי היומיום. לשם כך, ישנם מכשירים המשמשים בקווים של עד 1 קילו וולט.

מלבדם, ישנם התקני מתח גבוה המשמשים בתחנות משנה שהמתח שלהן הוא יותר מ-1000 V. דוגמה למכשיר כזה יכולה להיות נתיך בשנאי עזר של תחנות משנה עם 6/0, 4 kV.

מאחר שמטרת התקני ההגנה הללו היא להגן מפני קצרים ועומסי זרם, נעשה בהם שימוש נרחב. בנוסף, הם מאוד פשוטים וקלים לשימוש, ההחלפה שלהם גם מהירה וקלה, והם מאוד אמינים בפני עצמם. כל זה הוביל לעובדה שמשתמשים בנתיכים כאלה לעתים קרובות מאוד.

כדי לשקול את המאפיינים הטכניים, אתה יכול לקחת את המכשיר PR-2. בהתאם לזרם המדורג, מכשיר זה זמין עם שישה סוגים של מחסניות, הנבדלים בקוטר שלהם. במחסנית של כל אחד מהם, ניתן להתקין אינסרט בציפייה לזרם נקוב שונה. ללדוגמה, מחסנית של 15 A יכולה להיות מצוידת עם תוספת של 6 A ו-10 A.

בנוסף למאפיין זה, קיים גם הרעיון של זרם בדיקה תחתון ועליון. באשר לערך התחתון של זרם הבדיקה, זהו הערך המרבי של הזרם, שבמהלך זרימתו במעגל למשך שעה לא ינותק מקטע המעגל. לגבי הערך העליון, זהו מקדם הזרם המינימלי שכאשר זורם במשך שעה אחת במעגל, ימיס את התוספת במנגנון ההגנה והבקרה.

מפסקים

מפסקים ממלאים את אותו תפקיד כמו נתיכים, אבל העיצוב שלהם מורכב יותר. עם זאת, זה מתקזז על ידי העובדה שמתגים הרבה יותר נוחים לשימוש מאשר נתיכים. לדוגמה, אם מופיע קצר חשמלי ברשת עקב הזדקנות הבידוד, אז המתג מסוגל לנתק את החלק הפגום של המעגל החשמלי מהחשמל. יחד עם זאת, מנגנון הבקרה וההגנה עצמו משוחזר די בקלות, לאחר הפעולה הוא אינו דורש החלפה בחדש, ולאחר עבודות תיקון הוא מסוגל להגן באופן אמין על חלק המעגל שבשליטתו. זה מאוד נוח להשתמש במתגים מסוג זה אם יש צורך לבצע תיקונים שגרתיים.

באשר לייצור של מכשירים אלה, המחוון העיקרי הוא הזרם המדורג שעבורו מיועד המכשיר. בהקשר זה, יש מבחר עצום, המאפשר לבחור את המתאים ביותר לכל רשת.התקן. אם אנחנו מדברים על מתח ההפעלה, אז הם, כמו נתיכים, מחולקים לשני סוגים: עם מתח של עד 1 קילו וולט ומתח גבוה עם מתח פעולה מעל 1 קילו וולט. חשוב להוסיף כאן שהתקני הגנה מפני מתח גבוה לציוד חשמלי ומעגלים חשמליים מיוצרים בוואקום, עם גז אינרטי או מלא בשמן. עיצוב זה מאפשר ברמה גבוהה יותר לנתק את המעגל כאשר מתעורר צורך כזה. הבדל משמעותי נוסף בין מפסקים לנתיכים הוא שהם עשויים לפעולה לא רק במעגלים חד פאזיים, אלא גם במעגלים תלת פאזיים.

לדוגמה, במקרה של קצר חשמלי לאדמה של אחד המוליכים של מנוע חשמלי, המפסק יכבה את כל שלושת הפאזות, ולא אחד פגום. זהו הבדל משמעותי ומפתח, מכיוון שאם רק פאזה אחת יכובה, המנוע ימשיך לפעול בשני שלבים. אופן פעולה זה הינו מצב חירום ומצמצם מאוד את חיי המכשיר, ואף עלול להוביל לכשל חירום בציוד. בנוסף, מפסקי זרם אוטומטיים מיוצרים לעבודה עם מתח AC ו-DC כאחד.

ממסר תרמי וזרם

היום, ישנם סוגים רבים ושונים של ממסרים בין התקני הגנת רשת החשמל.

הממסר התרמי הוא אחד המכשירים הנפוצים ביותר שיכולים להגן על מנועים חשמליים, תנורי חימום, כל מכשירי חשמל מפניבעיה כמו זרם עומס יתר. עקרון הפעולה של מכשיר זה הוא פשוט מאוד, והוא מבוסס על העובדה כי זרם חשמלי מסוגל לחמם את המוליך שדרכו הוא זורם. החלק העיקרי של כל ממסר תרמי הוא צלחת דו מתכתית. כאשר מחומם לטמפרטורה מסוימת, צלחת זו מתכופפת, מה ששובר את המגע החשמלי במעגל. באופן טבעי, החימום של הצלחת ימשיך עד שתגיע לנקודה הקריטית.

בנוסף לתרמי, ישנם סוגים נוספים של התקני הגנה, למשל ממסר זרם השולט על כמות הזרם ברשת. קיים גם ממסר מתח שיגיב לשינוי במתח ברשת וממסר זרם דיפרנציאלי. המכשיר האחרון הוא התקן להגנה מפני זרם דליפה. חשוב לציין כאן שמפסקי זרם, כמו נתיכים, אינם יכולים להגיב להתרחשות של דליפת זרם, שכן ערך זה די קטן. אבל יחד עם זאת, ערך זה מספיק כדי להרוג אדם במגע עם מקרה של מכשיר נתון לתקלה כזו.

אם יש מספר רב של מכשירים חשמליים שצריכים לחבר ממסר זרם דיפרנציאלי, אזי משתמשים לרוב במכונות משולבות כדי להקטין את גודל מגן החשמל. מכשירים המשלבים מפסק וממסר זרם דיפרנציאלי - מפסקי הגנה דיפרנציאליים, או difautomats, הפכו למכשירים כאלה. בעת שימוש במכשירים כאלה, לא רק גודל מגן החשמל מצטמצם, אלא תהליך ההתקנה מקל מאוד.מנגנון הגנה, אשר בתורו הופך אותם לחסכוניים יותר.

מפרטי ממסר תרמי

המאפיין העיקרי של ממסרים תרמיים הוא זמן התגובה, התלוי בזרם העומס. במילים אחרות, מאפיין זה נקרא זרם זמן. אם נשקול את המקרה הכללי, אז לפני הפעלת העומס, ה-I₀ הנוכחי יזרום דרך הממסר. במקרה זה, החימום של הלוח הדו-מתכתי יהיה q_{0. כאשר בודקים מאפיין זה, חשוב מאוד לשקול מאיזה מצב (חומם יתר על המידה או קר) המכשיר מופעל. בנוסף, בעת בדיקת התקנים אלו, חשוב מאוד לזכור שהצלחת אינה יציבה תרמית כאשר מתרחש זרם קצר חשמלי.}

הבחירה של ממסרים תרמיים היא כדלקמן. הזרם המדורג של מכשיר מגן כזה נבחר על סמך העומס המדורג של המנוע החשמלי. זרם הממסר הנבחר צריך להיות 1, 2-1, 3 מזרם המנוע המדורג (זרם עומס). במילים אחרות, מכשיר כזה יעבוד אם תוך 20 דקות העומס הוא בין 20 ל-30%.

חשוב מאוד להבין שתפעול הממסר התרמי מושפע באופן משמעותי מטמפרטורת האוויר הסביבה. עקב העלייה בטמפרטורת הסביבה, זרם ההפעלה של מכשיר זה יקטן. אם מחוון זה שונה מדי מהנומינלי, יהיה צורך לבצע התאמה חלקה נוספת של הממסר,או לקנות מכשיר חדש, אך תוך התחשבות בטמפרטורת הסביבה בפועל באזור העבודה של יחידה זו.

כדי להפחית את ההשפעה של טמפרטורת הסביבה על ערך זרם האיסוף, יש צורך לרכוש ממסר בעל דירוג עומס גבוה יותר. על מנת להשיג את התפקוד הנכון של מכשיר חם, יש להתקין אותו באותו חדר כמו האובייקט הנשלט. עם זאת, יש לזכור כי הממסר מגיב לטמפרטורה, ולכן חל איסור להציבו בקרבת מקורות חום מרוכזים. דוודים, מקורות חימום ומערכות והתקנים דומים אחרים נחשבים למקורות כאלה.

בחר מכשירים

בבחירת ציוד להגנה על מקלטי חשמל ורשתות חשמל, יש צורך להתבסס על הזרמים הנקובים עבורם מיועדים מכשירים אלו, וכן על הזרם המספק לרשת שבה יותקנו יחידות כאלה.

בבחירת התקן הגנה, חשוב מאוד לזכור את התרחשותם של מצבי פעולה חריגים כמו:

• קצר חשמלי משלב לפאזה;
• שלב קצר למארז;
• עלייה חזקה בזרם, שיכולה להיגרם מקצר חשמלי לא שלם או עומס יתר של ציוד תהליך;
• היעלמות מוחלטת או הפחתה גדולה מדי במתח.

באשר להגנה מפני קצר חשמלי, היא חייבת להתבצע עבור כל המקלטים החשמליים. הדרישה העיקרית היא כי ניתוק המכשיר מהרשת כאשרהתרחשות קצר חשמלי צריכה להיות המינימלית האפשרית. בבחירת אמצעי מיגון, חשוב גם לדעת שיש לספק הגנה מלאה על זרם יתר, למעט כמה מהמקרים הבאים:

• כאשר עומס יתר על מקלטי חשמל מסיבות טכנולוגיות הוא פשוט בלתי אפשרי או לא סביר;
• אם הספק המנוע החשמלי קטן מ-1 קילוואט.

בנוסף, ייתכן שלמכשיר הגנה חשמלי אין פונקציית הגנה מפני עומס יתר אם הוא מותקן לניטור מנוע חשמלי המופעל בפעולה לסירוגין או לסירוגין. יוצא דופן הוא התקנת כל מכשירי חשמל בחדרים עם סכנת שריפה גבוהה. בחדרים כאלה, יש להתקין הגנת עומס יתר על כל המכשירים ללא יוצא מן הכלל.

יש להגדיר הגנת תת-מתח בחלק מהמקרים הבאים:

• עבור מנועים חשמליים שלא ניתן להפעיל במתח מלא;
• עבור מנועים חשמליים שבהם התנעה עצמית אסורה מכמה סיבות טכנולוגיות, או שהיא מסוכנת לעובדים;
• עבור כל מנועים חשמליים אחרים שצריך לכבות כדי להפחית את ההספק הכולל של כל המקלטים החשמליים המחוברים ברשת זו לערך מקובל.

מגוון זרמים ומבחר מכשירי הגנה

המסוכן ביותר הוא זרם הקצר.הסכנה העיקרית היא שהוא גדול בהרבה מזרם ההתחלה הרגיל, וגם הערך שלו יכול להשתנות מאוד בהתאם לקטע של המעגל שבו הוא מתרחש. לפיכך, בעת בדיקת התקן הגנה המגן על מעגל מפני קצר חשמלי, עליו לנתק את המעגל במהירות האפשרית כאשר מתרחשת בעיה כזו. יחד עם זאת, בשום מקרה זה לא אמור לעבוד כאשר מתרחש במעגל ערך תקין של זרם ההתנעה של מכשיר חשמלי כלשהו.

לגבי זרם עומס יתר, הכל די ברור כאן. זרם כזה נחשב לכל ערך של המאפיין העולה על הזרם הנקוב של המנוע החשמלי. אבל כאן חשוב מאוד להבין שלא בכל פעם שמתרחש זרם עומס יתר, התקן המגן חייב לנתק את המגעים של המעגל. זה חשוב גם מכיוון שעומס יתר לטווח קצר של המנוע החשמלי וגם של רשת החשמל מותר במקרים מסוימים. כדאי להוסיף כאן שככל שהעומס קצר יותר, כך הערכים שהוא יכול להגיע אליו גדולים יותר. בהתבסס על זה, מתברר מה היתרון העיקרי של מכשירים מסוימים. מידת ההגנה של מכשירים בעלי "מאפיין תלוי" במקרה זה היא המקסימלית, שכן זמן התגובה שלהם יקטן עם עלייה במקדם העומס ברגע זה. לכן, מכשירים כאלה הם אידיאליים להגנה מפני זרם יתר.

לסיכום, נוכל לומר את הדברים הבאים. להגנה מפניקצר חשמלי, יש לבחור התקן גלגל חופשי, אשר יוגדר להפעיל זרם גבוה משמעותית מערך ההתחלה. להגנת עומס יתר, להיפך, התקן מיתוג ההגנה חייב להיות בעל אינרציה, כמו גם מאפיין תלוי. יש לבחור אותו בצורה כזו שהוא לא יפעל במהלך ההפעלה הרגילה של המכשיר החשמלי.

חסרונות של סוגים שונים של התקני הגנה

לנתיכים, שהיו בשימוש נרחב בעבר כהתקני הגנה על מתג, יש את החסרונות הבאים:

• אפשרות מוגבלת למדי לשימוש כהגנה מפני זרם-יתר, שכן ניתוק זרם פתיחה די קשה;
• המנוע ימשיך לפעול בשני שלבים גם אם השלישי מנותק על ידי נתיך, מה שגורם למנוע להיכשל לעתים קרובות;
• במקרים מסוימים, מגבלת כוח הניתוק אינה מספקת;
• אין אפשרות להחזיר את החשמל במהירות לאחר הפסקת חשמל.

באשר לסוגי האוויר של מכונות, הם מושלמים יותר מנתיכים, אבל הם לא חפים מחסרונות. הבעיה העיקרית בשימוש במכשירי הגנה חשמליים היא שהם אינם סלקטיביים מבחינת הפעולה. זה בולט במיוחד אם מתרחש זרם ניתוק לא מווסת במכונת ההגדרה.

ישנן מכונות התקנה בהן מתבצעת הגנת עומס יתר באמצעות שחרורים תרמיים. רגישות והעיכוב שלהם גרוע יותר מזה של ממסרים תרמיים, אבל בו-זמנית הם פועלים על כל שלושת השלבים בבת אחת. באשר למכונות אוטומטיות אוניברסליות להגנה, כאן זה אפילו יותר גרוע. זה מוצדק על ידי העובדה שרק שחרורים אלקטרומגנטיים זמינים.

לעתים קרובות נעשה שימוש בסטרטרים מגנטיים, שבהם בנויים ממסרים מסוג תרמי. ציוד מגן כזה מסוגל להגן על המעגל החשמלי מפני זרם עומס יתר בשני שלבים. אבל מכיוון שלממסרים תרמיים יש אינרציה גדולה, הם אינם מסוגלים לספק הגנה מפני קצרים. התקנת סליל החזקה בסטרטר יכולה לספק הגנה על תת-מתח.

ניתן לספק הגנה איכותית הן נגד זרם עומס יתר והן נגד קצר חשמלי רק באמצעות ממסרי אינדוקציה או ממסרים אלקטרומגנטיים. עם זאת, הם יכולים לעבוד רק באמצעות התקן ניתוק, מה שהופך את המעגל עם החיבור שלהם למסובך יותר.

בסיכום האמור לעיל, נוכל להסיק את שתי המסקנות הבאות:

1. כדי להגן על מנועים חשמליים, שההספק שלהם אינו עולה על 55 קילוואט, מפני זרם עומס יתר, משתמשים לרוב בסטרטרים מגנטיים עם נתיכים או עם מכשירי אוויר.
2. אם ההספק של המנוע החשמלי הוא יותר מ-55 קילוואט, אזי משתמשים במגעים אלקטרומגנטיים עם כלי רכב אוויר או ממסרי הגנה כדי להגן עליהם. חשוב מאוד לזכור כאן שהמגע לא יאפשר שבירת המעגל אם יתרחש קצר חשמלי.

בבחירת המכשיר המתאים, חשוב מאוד לחשב את התקני ההגנה.הנוסחה החשובה ביותר היא חישוב הזרם המדורג של המנוע, אשר יאפשר לך לבחור התקן הגנה עם מחוונים מתאימים. הנוסחה נראית כך:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), איפה:}

I_{n הוא הזרם המדורג של המנוע, שיהיה ב-A;}

R_{motor הוא הספק של המנוע, המיוצג ב-kW;}

U_{n הוא המתח המדורג ב-V;}

cos q הוא גורם ההספק הפעיל;

n הוא גורם היעילות.

הכרת הנתונים האלה, אתה יכול בקלות לחשב את הזרם הנקוב של המנוע, ולאחר מכן לבחור בקלות את התקן ההגנה המתאים.

מגוון של נזקים לציוד מגן

ההבדל העיקרי בין התקני הגנת מעגל חשמלי להתקנים אחרים הוא שהם לא רק מתקנים את הפגם, אלא גם מנתקים את המעגל אם הערכים האופייניים חורגים מגבולות מסוימים. הבעיה המסוכנת ביותר, שלעתים קרובות משביתה את ציוד המגן, הפכה לקצר חשמלי חירש. במהלך התרחשות קצר חשמלי כזה, מחווני הזרם מגיעים לערכים הגבוהים ביותר.

כאשר מתרחש מעגל פתוח כאשר מתרחשת בעיה כזו, מתרחשת לעתים קרובות קשת חשמלית, אשר בתוך פרק זמן קצר מסוגלת בהחלט להרוס את הבידוד ולהמיס את חלקי המתכת של המכשיר.

אם מתרחש זרם עומס יתר מדי, זה עלול לגרום להתחממות יתר של החלקים המוליכים. בנוסף, ישנם כוחות מכניים שלהגביר באופן משמעותי את הבלאי של אלמנטים בודדים של הציוד, מה שעלול לפעמים אפילו להוביל לשבירה של המכשיר.

ישנם מפסקי זרם מהירים המועדים לבעיות כמו שפשוף הזרוע הניידת והמגע הנעים אל הקירות של מצנח הקשת, כמו גם קיצור פס הסליל המבטל את המארז. לעתים קרובות יש בלאי רב מדי על משטחי המגע, הבוכנות וצילינדרי ההנעה.

תיקון של מכונות מהירות

תיקון של כל סוג של התקן הגנה במהירות גבוהה חייב להתבצע באותו רצף. מתג המהירות הגבוה, או BV, מועף עם אוויר דחוס נקי בלחץ של לא יותר מ-300 kPa (3kgf/cm2). לאחר מכן, המכשיר מנוגב עם מפיות. לאחר מכן, עליך להסיר פריטים כגון מצנח הקשת, התקן חסימה, מפעיל פנאומטי, אבזור מגע נע, shunt אינדוקטיבי ועוד.

תיקון ישיר של המכשיר מתבצע במעמד תיקון מיוחד. מפרקים את המצנח קשת, מנקים את קירותיו במכונת פיצוץ יריות מיוחדת ולאחר מכן ניגוב ונבדק. בחלק העליון של תא זה, ניתן לאפשר שבבים אם הממדים שלהם אינם עולים על 50x50 מ"מ. עובי הדופן בנקודות הקרע צריך להיות בין 4 ל 8 מ"מ. יש צורך למדוד את ההתנגדות בין הקרניים של מצנח הקשת. עבור דגימות מסוימות, המחוון חייב להיות לפחות 5 MΩ, ובחלק מהדגימות לפחות 10 MΩ.

יש לחתוך את המחיצה הפגומהלכל אורכו. יש לנקות בזהירות את כל המקומות הדומים של כריתה. לאחר מכן משמנים את המשטחים המיועדים להדבקה בתמיסת דבק המבוססת על שרף אפוקסי. אם נמצאו גליונות מאווררים שבורים, הם מוחלפים. אם יש מכופפים, יש ליישר אותם ולהחזירם לשירות. יש גם מצנח קשת, אותו יש לנקות ממשקעים והיתוך, אם יש.