Предохранители – это коммутационные электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от аварийных режимов, защиты электрических сетей, электрооборудования общепромышленных установок, вагонов метрополитена и др. от токов перегрузки и коротких замыканий. Они отключают защищаемую цепь посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

В современных преобразовательных установках каждый полупроводниковый прибор имеет предохранитель. Токи, протекающие через предохранитель, могут достигать 100–200 кА. При разрушении предохранителя может произойти авария преобразовательной установки. В связи с этим быстродействующие предохранители должны иметь большую механическую прочность и обладать высокой надежностью.

Цель работы: провести анализ возможного ремонта предохранителей напряжением до 1000 Вольт.

Задачи работы:

– провести анализ литературы по теме исследования;

– выявить назначение и технические характеристики предохранителей напряжением до 1000 Вольт;

– рассмотреть устройство и принцип действия предохранителей;

– проанализировать возможные неисправности в работе предохранителей, их причины, порядок устранения;

– охарактеризовать охрану труда и технику безопасности при работе в электроустановках напряжением до 1000 В.

1. Техническое описание предохранителей

1.1 Назначение

Предохранитель – электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. В цепи обозначается буквами «FU» и прямоугольником со сплошной линией в центре.

Предохранители находят самое широкое применение при эксплуатации электрооборудования как бытового, так и промышленного применения. Предохранители могут встраиваться в комплектные устройства. Выпускаемые промышленностью предохранители рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий. Предохранители изготовляются для разных рабочих напряжений, с плавкой вставкой, вставки могут быть неразборными, с различными наполнителями [20, c. 87].

Предохранители можно разделить на группы: общего применения, сопутствующие, для защиты силовых полупроводниковых приборов (быстродействующие), для трансформаторных установок, низковольтные.

Рассмотрим их назначение.

Предохранители общего применения – используются для защиты силовых потребителей электроэнергии с высокой электротермической и электродинамической устойчивостью (электродвигателей, трансформаторов, внутрицеховых электросетей и т.п.) и отключают все токи: от пограничного тока до тока наибольшей отключающей способности, имеют плавкие в ставки типа g – с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения.

Предохранители сопутствующие – применяются совместно с автоматическими выключателями или тепловыми реле; должны отключать цепь только при больших токах, при этом либо ограничить ток до допустимого значения для выключателей, либо отключить цепь раньше, чем разойдутся контакты выключателя; применяются плавкие вставки типа а – с отключающей способностью в части диапазона токов отключения (малые токовые перегрузки отключают автоматические выключатели или тепловое реле).

Предохранители для защиты СПП отличаются высокими быстродействующими и токоограничительными способностями, т. к. полупроводниковые приборы термически малостойки [17, c. 43].

Предохранители для трансформаторных установок – отличаются от обычных повышенной вибро- и ударостойкостью.

Предохранители низковольтные плавкие – коммутационные электрические аппараты, предназначенные для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

Быстродействующие предохранители в основном применяются для защиты полупроводниковых приборов. Малая тепловая инерция, быстрый прогрев полупроводникового перехода крайне затрудняют защиту мощных диодов, тиристоров и транзисторов при токовых перегрузках. Обычные типы предохранителей и автоматических выключателей из-за относительно большого времени срабатывания не обеспечивают защиту полупроводниковых приборов при коротком замыкании. Для выполнения этой задачи разработаны специальные быстродействующие предохранители: типа ППА; типа ПП.

1.2 Технические характеристики

Состав технических характеристик предохранителей, плавких вставок и держателей устанавливается в стандартах на конкретные серии и типы предохранителей и должен соответствовать следующему перечню (ГОСТ 17242–86) [6, c. 38]:

– для держателя (или основания) предохранителя: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; допустимые потери мощности; число полюсов, если их более одного;

– для плавкой вставки: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; потери мощности; времятоковые характеристики для плавких вставок типа а; перегрузочная способность; диапазон токов отключения; наибольшая отключающая способность; наименьший ток отключения для плавких вставок типа а; характеристика пропускаемого тока; характеристики интегралов Джоуля; условия селективности (при необходимости); электрическое сопротивление плавкой вставки в холодном состоянии (допускается указать в рабочих чертежах, утвержденных в установленном порядке);

– для предохранителя: степень защиты по ГОСТ 14255–69; номинальное напряжение, номинальный ток и коммутационная способность свободных контактов (при их наличии).

Номинальное напряжение предохранителей с плавкими вставками a и g следует выбирать из ряда [12, c. 87]:

110; 220; 440 В-для постоянного тока;

220; 380; 660 В-для переменного тока.

Номинальное напряжение свободных контактов выбирают из ряда:

110, 220 В-для постоянного тока;

220; 380 В-для переменного тока.

Номинальная частота тока предохранителей должна соответствовать ГОСТ 6697–83 [7, c. 32].

Номинальный ток предохранителя при верхнем рабочем значении температуры воздуха должен соответствовать ГОСТ 6827–76.

Номинальные токи выбираются из ряда [1, c. 87]:

для держателей (или основания) предохранителя – 10; 25; 31,5; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 А;

для плавких вставок – 2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 А.

Рассмотрим технические характеристики предохранителей.

Номинальный ток предохранителя – ток, определяемый его теплофизическими и геометрическими параметрами. Устанавливается из учета превышения температуры на выводах и потерь мощности. Величина его определяется номинальным током установленной в нем плавкой вставки I в.ном; выражается при переменном токе – действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе – среднем значением и соответствует ГОСТ 6827–76.

Номинальный ток держателя (или основания) предохранителя представляет собой наибольший номинальный ток плавкой вставки, которая может быть использована в предохранителе.

Ток неплавления – заданное значение тока, которое плавкая вставка предохранителя способна пропускать в течение условного времени, не расплавляясь.

Условный ток неплавления – характеризуется отношением тока неплавления к номинальному току плавкой вставки.

Ток плавления – наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение длительного времени (при токах, превышающих ток плавления, плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время).

Условный ток плавления – заданной значение тока, при котором срабатывает плавкая вставка предохранителя в течение условного времени.

Ожидаемый ток в цепи – ток, который будет протекать в цепи, если установленный в ней плавкий предохранитель заменен перемычкой с незначительным полным сопротивлением.

Пропускаемый ток – максимальное мгновенное значение тока, достигнутое при срабатывании предохранителя.

Пограничный ток – ток, при котором установившейся температурой наиболее нагретого участка плавкой вставки является температура плавления материала плавкой вставки [19, c. 34].

Номинальное напряжение предохранителя – максимальное напряжение электрической цепи (действующее значение), при котором обеспечивается надежное отключение предохранителей этой цепи.

Номинальное напряжение предохранителя представляет собой наименьшее значение из номинальных напряжений его частей: держателя предохранителя и плавкой вставки. На переменном токе номинальное напряжение предохранителя выражается действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе при наличии пульсации – среднее значение.

Напряжение отключения – мгновенное значение напряжения, которое появляется на выводах плавкой вставки (или предохранителя) в процессе его срабатывания. Обычно учитывается наибольшее значение этого напряжения. Измеряется: в цепи переменного тока – между пиком второй полуволны напряжения после отключения и прямой линией, проведенной между пиками предыдущей и последующей полуволн; в цепи постоянного тока – как среднее значение в течение 100 мс после отключения тока.

Время плавления плавкого элемента предохранителя – интервал времени от момента начала протекания сверхтока через предохранитель до момента достижения наиболее нагретого участка плавкого элемента температуры плавления материала. При этом имеется в виду, что сверхток имеет такое значение, которого достаточно для расплавления плавкого элемента.

Преддуговое время предохранителя – время между началом протекания тока, достаточного для расплавления плавкого элемента, и моментом возникновения электрической дуги [22, c. 34].

Время дуги – интервал времени между моментом появления дуги и моментом ее окончательного погасания.

Время отключения предохранителя (полное время) – сумма преддугового времени и времени дуги.

Потери мощности при номинальном токе – произведение номинального тока на падение напряжения в предохранителе. Снижение этого параметра увеличивает срок службы предохранителей, экономит энергию и предотвращает тепловое воздействие предохранителей на находящиеся вблизи элементы управления. Кроме того, этот параметр является важным показателем состояния предохранителя в процессе эксплуатации: повышение потерь мощности даже на несколько процентов свидетельствует о начале разрушения плавких элементов предохранителя.

Характеристики энергетического воздействия тока, протекающего через предохранитель

Времятоковая преддуговая характеристика – зависимость преддугового времени (или полного времени срабатывания) предохранителя от ожидаемого тока отключения при установленных условиях.

Времятоковая характеристика плавления плавкой вставки – зависимость времени плавления плавкой вставки от ожидаемого тока отключения при установленных условиях [15, c. 54].

Времятоковая характеристика отключения предохранителя – зависимость времени отключения предохранителя от тока отключения при установленных условиях.

Интегральная характеристика предохранителя – зависимость интегралов преддугового (или полного) тока от ожидаемого тока.

Характеристика токоограничения предохранителя – зависимость пропускаемого тока от тока отключения предохранителя при установленных условиях.

Времятоковые характеристики – характеристики токоограничения и интегральная характеристика представляются в виде графиков с логарифмическим масштабом.

Плавкие элементы постоянного сечения обычно изготовляются из проволоки, а переменного – из металлической фольги или тонкой металлической пленки. Обычно конструкции плавкого элемента переменного сечения включают в себя сужения (узкие перешейки) с повышенной плотностью тока и широкие части, обеспечивающие определенные тепловые режимы плавкого элемента. Отношение поперечного сечения широкой части плавкого элемента к поперечному сечению узкого перешейка определяет вид защитной характеристики (для быстродействующих предохранителей это отношение более 5, для инерционных и нормального быстродействие – менее 5).

Качество предохранителей в значительной степени зависит от значений переходного электрического сопротивления – при плохом контакте соединения плавкого элемента с контактами плавкой вставки переходное сопротивление может достигать 50% электрического сопротивления плавкого элемента, что приводит к перегреву предохранителя в номинальном режиме работы и сокращению срока его службы [11, c. 39].

Все плавкие элементы предохранителей с большими номинальными токами присоединяются к контактным выводам сваркой, обеспечивающей хорошее качество контактных соединений.

Для предохранителей с малыми номинальными токами используется иногда пайка мягкими припоями, но чаще – механическое обжатие.

В разборных предохранителях плавкий элемент соединен с выводами плавкой вставки болтовым зажимом.

Наиболее подходящим материалом для плавкого элемента является серебро, т. к. оно имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный по сравнению со всеми другими используемыми металлами срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей, низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления испарения, высокий потенциал ионизации. Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требуя при этом предварительной обработки [6, c. 26].

Наиболее близкими к серебру электрофизическими свойствами обладает медь, благодаря чему она также широко используется в производстве предохранителей. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря своей стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические напряжения, возникающие при изменении температуры и препятствующие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил оксидная пленка меди растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым дальнейшее развитие коррозионных процессов. Большое распространение в качестве материала плавких элементов получает алюминий. Электрическое сопротивление алюминиевых плавких элементов стабильно при длительном протекании номинального тока, что обусловлено наличием тонкой оксидной пленки, защищающей металл от дальнейшего окисления и не разрушающейся при нагреве вплоть до температуры плавления. Однако именно наличие этой пленки затрудняет процессы пайки и сварки алюминиевых плавких элементов.

Из других металлов, применяющихся для изготовления плавких элементов, следует отметить цинк. Он имеет низкую температуру плавления, что предпочтительно для плавкого элемента, т. к. при этом значительно снижаются требования к термоустойчивости других элементов конструкции. Теплофизические характеристики цинка обеспечивают довольно низкое значение интеграла плавления [10, c. 38].

Конструкция контактов предохранителя должна обеспечивать прочное удержание плавкой вставки от перемещения ее под действием собственного веса и электродинамических сил, возникающих при токах перегрузки и КЗ, а также механических воздействиях. При этом не должен нарушаться электрический контакт между основанием и держателем плавкой вставки, держателем плавкой в ставки и плавкой в ставкой, плавкой вставкой и основанием.

Основные размеры выводов предохранителей должны соответствовать ГОСТ 21242–75. Они должны допускать присоединение внешних проводов и кабелей с диапазоном сечений, установленных ГОСТ 12434–83.

1.3 Устройство и принцип действия

Предохранители бывают плавкими (одноразовыми) и автоматическими (многоразовыми).

Плавкий предохранитель (рис. 1) обычно представляет из себя стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода; в лампах с прозрачной колбой это можно заметить, рассматривая лампу на просвет. Для 220-вольтовых бытовых ламп предохранитель обычно рассчитан на ток 7 А.

Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги [13, c. 65].

Автоматический предохранитель (рис. 2) (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

· Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт, разрывая тем самым электрическую цепь. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,45 от номинального тока предохранителя. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический предохранитель готов к следующему использованию после остывания пластины [10, c. 87].

· Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в от 6 и более раз от номинального тока, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы A, B, C и D в зависимости от характеристики срабатывания расцепителей).

Основными частями предохранителя являются плавкая вставка и основание для ее установки.

Плавкая вставка – часть предохранителя, в которой происходит отключение электрического тока, подлежащая замене после срабатывания предохранителя. Она представляет собой корпус, в котором расположен плавкий элемент, расплавляющийся при срабатывании предохранителя, и дугогасительное устройство, представляющее собой наполнитель, для гашения возникающей при перегорании плавкого элемента электрической дуги.

Держатель плавкой вставки – съемная часть предохранителя, предназначенная для удержания его плавкой вставки. Контакты плавкой вставки – токоведущая часть, обеспечивающая электрическую связь контактов плавкой вставки с подводящими проводниками. Держатель предохранителя – сочетание основания предохранителя с держателем плавкой вставки. Блок предохранителя – механическое устройство в конструкции плавкой вставки предохранителя, которое при срабатывании предохранителя освобождает энергию, необходимую для срабатывания других аппаратов (или указателей) или для воздействия на свободные контакты предохранителя.

2. Организация ремонта

2.1 Текущий ремонт

При текущем ремонте предохранителей напряжением до 1000 Вольт с контактных поверхностей губок и патронов удаляют грязь, оксидные пленки и частицы расплавленного металла. Окислившиеся контакты зачищают стеклянной бумагой, а обгоревшие и оплавленные – надфилем. Затем разбирают патрон, проверяют состояние внутренних токопро-водящих частей и плавких вставок. Дефекты устраняют, а плавкую вставку, долго находившуюся в эксплуатации, заменяют новой. Вставки в предохранителях соседних фаз независимо от их состояния также меняют. Они должны быть однотипными, заводского изготовления и строго соответствовать значениям номинального тока предохранителя и тока защищаемой линии. При осмотре патрона предохранителя обращают внимание на целость и степень износа его стенок, так как при частых перегрузках плавкой вставки стенки патрона выгорают под воздействием высокой температуры дуги. При выгорании стенок патрона более чем на 50% первоначальной толщины патрон заменяют новым [2, c. 12].

Фибра, из которой изготовляют патрон предохранителя, представляет собой электротехнический картон, пропитанный под давлением раствором хлористого цинка. При перегорании плавкой вставки под воздействием высокой температуры дуги фибра выделяет пары цинка и хлористый газ, которые способствуют быстрому гашению дуги. При ремонте патрона стенки очищают от обгоревшей фибры, промывают, насухо вытирают чистой тряпкой, покрывают двумя слоями бакелитового лака или одним слоем клея БФ-2, а затем просушивают. После очистки внутренних токопроводящих деталей полость патрона предохранителя наполняют сухим кварцевым песком, который предварительно обрабатывают 2%-м раствором соляной кислоты, промывают и просушивают при 150–180 °С.

Чтобы убедиться в наличии электрической цепи между плавкой вставкой и контактными частями, отремонтированный патрон проверяют контрольной лампой, а затем устанавливают (при отключенном напряжении) в губках предохранителя. При этом обращают внимание на наличие контакта между губками и патроном [17, c. 35].

Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания или недопустимых токов нагрузки и характеризуются номинальными токами плавкой вставки и предохранителя. Номинальным током плавкой вставки называют ток, при котором она должна работать в течение продолжительного времени, а номинальным током предохранителя – наибольший из номинальных токов плавких вставок, используемых в данном предохранителе. Для обеспечения быстрого плавления вставки предохранителя и повышения его защитного действия при малых перегрузках на ленточки вставки напаивают оловянные шарики диаметром 0,5–2 мм. Эти шарики позволяют использовать так называемый металлургический эффект. Сущность его заключается в том, что при нагревании вставки оловянный шарик с более низкой температурой плавления расплавляется раньше, чем вставка, и, проникая в нее, образует сплав металла, который по сравнению с исходным материалом обладает большим электрическим сопротивлением. При токах перегрузки вставка перегорает в месте напайки оловянного шарика. Предохранители характеризуются токоограничивающей способностью, так как плавкая вставка в них перегорает раньше, чем ток короткого замыкания успеет достигнуть устойчивого значения.

В ремонтных мастерских можно изготовить плавкую вставку из калиброванной проволоки, т.е. проволоки из легкоплавких металлов или сплавов, имеющей конкретный диаметр и рассчитанной на определенный ток (калибровку проволоки проводят на специальном стенде).

Расчет необходимого номинального значения тока плавкой вставки ведут с учетом эксплуатационных перегрузок и пуска защищаемой установки. Так, пусковой ток асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором может превышать номинальное значение тока в 7 раз. По мере разгона двигателя пусковой ток уменьшается до номинального. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Предохранитель не должен перегорать при воздействии на него пусковых токов. Параметры плавкой вставки в процессе эксплуатации должны быть стабильными, т.е. не должно происходить ее старения. Экспериментально установлено, что старение плавкой вставки не происходит при токах, равных 0,5 1пл, где /пл – ток плавления вставки. Из время-токовой характеристики предохранителя ПН-2 для времени 1 с его вставка плавится при токе, равном 5 /вст.НОм. Если пуск АД длится 1 с, то среднее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 /пл плавкой вставки за это же время. Таким образом, пусковой ток 1п связан с током плавления 7ПЛ соотношением [22, c. 16]:

…"» />

откуда

т.е. номинальный ток вставки выбирают в зависимости от пускового тока нагрузки.

При тяжелых условиях пуска АД (привод центрифуги и др.) или повторно-кратковременном режиме, когда пуски происходят с большой частотой, плавкая вставка выбирается с еще большим запасом по току:

Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько АД,

где Jp – расчетный номинальный ток линии, равный сумме номинальных токов всех двигателей; /Ном.дв ~ номинальный ток двигателя, имеющего наименьшую мощность.

Для АД с фазным ротором, если /п < 2/ном дв,

2.2 Возможные неисправности, их причины, порядок устранения

Рассмотрим возможные неисправности, которые могут возникнуть при работе предохранителей.

1. Гашение дуги при срабатывании предохранителя различных конструктивных исполнений происходит в различных дугогасящих средах.

В качестве дугогасящей среды может использоваться: вакуум. Однако при этом в цепях постоянного и выпрямленного токов после расплавления плавкого элемента в вакууме горит устойчивая дуга, и предохранитель не способен отключать ток К3; изоляционная жидкость. При токах К3 вокруг плавкого элемента образуется область, заполненная паром изоляционной жидкости, которая теплоизолирует плавкий элемент или его узкий перешеек, вызывая тем самым ускорение процесса расплавления.

2. Пространство между керамическими пластинами и корпусом плавких вставок заполняется кварцевым песком. После возникновения дуги при расплавлении металлического перешейка на очень малой длине (0,5–1 мм) ионизированная плазма и расплавленный металл перешейка будут удаляться из дугового промежутка через щель в наполнителе. Наличие близко расположенных к дуге относительно холодных (при больших токах КЗ) изоляционных стенок радиаторов способствует деионизации дугового промежутка. Явление вжигания металла в материал изоляционных стенок радиаторов несколько снижает эффект дугогашения. Поверхность всех радиаторов на месте горения дуги остеклована, однако значительный температурный удар, возникающий при горении дуги, вызывает появление многочисленных микротрещин и даже растрескивание радиаторов.

3. Предохранители с плавкими элементами, достаточно прочно зажатыми между керамическими накладками и размещенными в кварцевом песке, надежно отключают большие токи КЗ, но при малых токовых перегрузках, вследствие значительного нагрева керамических накладок, возможно затяжное горение дуги, иногда приводящее к разрушению предохранителя; сыпучий наполнитель – кварцевый песок – наиболее широко применяемый материал. Гашение дуги в таких предохранителях основано на интенсивной деионизации дуги в узких щелях между песчинками наполнителя.

4. Защитные характеристики предохранителей существенно зависят от уплотнения наполнителя, т. к. даже в плавких вставках, до предела заполненных песком, но без дополнительного уплотняющего воздействия, при транспортировке и эксплуатации возникают воздушные полости значительных размеров, что при отключении предохранителем цепей в аварийном режиме приводит к значительному увеличению длительности горения дуги, т.е. ухудшению защитных характеристик или даже к авариям.

5. В случае прохождения через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая защищаемый участок от остальной части электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В широко применяются предохранители ПР и ПН [9, c. 39].

Предохранитель ПР состоит из контактных стоек и закрытого разборного патрона, внутри которого располагается плавкая вставка. Чтобы избежать выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в защищаемой электрической цепи при коротком замыкании, в контактах обеспечиваются необходимые нажимы за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек, стальной кольцевой или пластинчатой пружины и специального зажима с рукояткой, установленного на контактной стойке. Патрон предохранителя ПР представляет собой фибровую трубку с толщиной стенок 3–6 мм, на концах которой накручены латунные втулки с прорезями для плавкой вставки. На втулку надеты латунные колпачки, которые служат контактами в предохранителях на номинальные токи до 60 А. В предохранителях на 100–1000 А контактами являются медные ножи.

Плавкие вставки представляют собой пластины, имеющие один или несколько участков сужения. При перегрузках плавкая вставка перегорает на одном участке сужения, а при коротком замыкании – на нескольких одновременно. При плавлении вставки пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства. А это содействует быстрому гашению электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения дуги.

Способы и устройства безопасной замены плавких вставок

Устройства должны обезопасить оператора от соприкосновения с токоведущими и нагретыми частями плавкой вставки. На корпусах плавких вставок имеются специальные выступы, которые входят в захваты рукоятки. Плавкие вставки удерживаются в рукоятке пружинными защелками.

В резьбовых предохранителях зазор между корпусом и головкой плавкой вставки выбирается таким, чтобы пальцы оператора не могли коснуться токоведущей резьбы основания [12, c. 91].

Плавкая вставка, укрепленная непосредственно на проводниках защищаемой цепи, сменяется только после отключения установки от источника напряжения и охлаждения. Контакты, соединяющие плавкую вставку с контактами основания предохранителя [25, c. 17]:

Во врубном исполнении контактных соединений необходимое контактное давление осуществляется за счет упругости губок контактов основания и с помощью контактных пружин, в резьбовых предохранителях – пружинным колпачком головки, в плавких вставках без основания – болтовым соединением вывода плавкой вставки с подводящим проводником. В ножевых контактах применяется клиновое контактное соединение, при котором ножевой контакт плавкой вставки прижимается к плоскости контактов основания с помощью перемещаемого винтом клапана. Такое соединение сочетает в себе достоинства болтового (большие усилия к поверхности прикосновения) и врубного (достаточно простая и быстрая смена сработавших плавких вставок). Для замены следует использовать предохранитель, рассчитанный на такую же или меньшую величину номинального тока. Если вместо перегоревшего установить предохранитель, рассчитанный на меньший номинальный ток, то новый предохранитель может сразу же перегореть.

3. Охрана труда и техника безопасности при работе в электроустановках напряжением до 1000 В

Электроустановками называются такие установки, в которых производится, преобразуется и потребляется электроэнергия. Электроустановки включают передвижные и стационарные источники электроэнергии, электрические сети, распределительные устройства и подключенные токоприемники. По степени опасности поражения персонала электрическим током электроустановки подразделяются на электроустановки до 1000 Вольт и выше 1000 Вольт. Рассмотрим охрану труда и технику безопасности при работе в электроустановках напряжением до 1000 Вольт [8, c. 36].

Отдать распоряжение на выполнение работ в действующих электроустановках до 1000 Вольт имеет право работник руководящего персонала, имеющий группу по электробезопасности не ниже 4-ой.

Работы в электроустановках в отношении мер безопасности подразделяются на выполняемые: со снятием напряжения; без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них.

К работам со снятием напряжения относятся работы, выполняемые в электроустановке, в которой с токоведущих частей снято напряжение. К работам без снятия напряжения на токоведущих частях, и вблизи них относятся производимые непосредственно на этих частях либо вблизи от них. Такие работы должны выполнять не менее двух лиц: производитель работ с группой не ниже IV, остальные – ниже III.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения

При подготовке рабочего места для работ со снятием напряжения оперативным персоналом должны быть выполнены в указанном порядке следующие технические мероприятия [23, c. 98]:

1. произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

2. на приводах ручного и ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой вывешены запрещающие плакаты («Не включать, работают люди», «Не включать, работа на линии») и, при необходимости, установлены заграждения;

3. присоединены к «Земле» переносные заземления, проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, на которых должно быть наложено заземление для защиты людей от поражения электрическим током;

4. непосредственно после проверки отсутствия напряжения должно быть наложено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, установлены переносные заземления);

5. вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты, ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части. В зависимости от местных условий токоведущие части ограждаются до или после наложения заземлений.

Работы со снятием напряжений могут производиться либо с наложением заземлений, либо без наложения заземлений, но с принятием технических мер, предотвращающих ошибочную подачу напряжения на место работы.

Производство отключений.

На месте работы должны быть отключены токоведущие части, на которых производится работа, а также и те, которые могут быть доступны прикосновению при выполнении работы.

Доступные прикосновению неизолированные токоведущие части можно не отключать, если они будут надежно ограждены изолирующими накладками из сухих изоляционных материалов.

Отключение должно производиться таким образом, чтобы выделенные для выполнения работы части электроустановки или электрооборудование были со всех сторон отделены от токоведущих частей, находящихся под напряжением, коммутационными аппаратами или снятием предохранителей, а также отсоединением концов кабелей (проводов), по которым может быть подано напряжение к месту работы.

Отключение может быть выполнено:

1. коммутационными аппаратами с ручным управлением, положение контактов которых видно с лицевой стороны или может быть установлено путем осмотра панелей с задней стороны, открытия щитков, снятия кожухов. Выполнять эти операции необходимо с соблюдением мер безопасности. Если имеется полная уверенность, что у коммутационных аппаратов с закрытыми контактами положение рукоятки или указателя соответствует положению контактов, то допускается не снимать кожухи для проверки отключения;

2. контакторами или другими коммутационными аппаратами с автоматическим приводом и дистанционным управлением с доступными осмотру контактами после принятия мер, устраняющих возможность ошибочного включения (снятие предохранителей оперативного тока, отсоединение концов включающей катушки) [13, c. 71].

Для предотвращения подачи напряжения к месту работы вследствие трансформации следует отключить все связанные с подготавливаемым к ремонту электрооборудованием силовые, измерительные и различные специальные трансформаторы со стороны как высшего, так и низшего напряжения. В случаях, когда работа выполняется без применения переносных заземлений, должны быть приняты дополнительные меры, препятствующие ошибочной подаче напряжения к месту работы: механическое запирание приводов отключенных аппаратов, дополнительное снятие последовательно включенных с коммутационными аппаратами предохранителей, применение изолирующих накладок в рубильниках, автоматах и т.п. Эти технические меры должны быть указаны при выдаче задания на работы. При невозможности принятия указанных дополнительных мер должны быть отсоединены концы питающих или отходящих линий на щите, сборке или непосредственно на месте работы; при отсоединении кабеля с четвертой (нулевой) жилой эта жила должна отсоединяться от нулевой шины.

На рукоятках, ключах и кнопках управления всех коммутационных аппаратов, а также на контактных стойках (основаниях) предохранителей, с помощью которых может быть подано напряжение к месту работы, должны быть вывешены плакаты «Не включать – работают люди», «Не включать – работа на линии». Соседние с рабочим местом неотключенные токоведущие части, доступные случайному прикосновению, должны быть на время работы ограждены. Временными ограждениями могут служить сухие, хорошо укрепленные ширмы, накладки из дерева, миканита, гетинакса, текстолита, резины и т.п. На временных ограждениях должны быть вывешены плакаты «Стой – опасно для жизни». Перед установкой ограждений с них должна быть тщательно стерта пыль. Установку ограждений, накладываемых непосредственно на токоведущие части, следует производить с осторожностью, в диэлектрических перчатках и очках, в присутствии второго лица с IV квалификационной группой. На всех подготовленных местах работы после наложения заземления вывешивается плакат «Работать здесь» [11, c. 28].

Проверка отсутствия напряжения.

Перед началом всех работ на электроустановках со снятием напряжения необходимо проверить отсутствие напряжения на участке работы. Проверка отсутствия напряжения проводится указателем напряжения с неоновой лампой. Непосредственно перед проверкой отсутствия напряжения необходимо убедиться в исправности применяемого указателя путем проверки его на токоведущих частях, расположенных поблизости и заведомо находящихся под напряжением. Запрещено использовать для проверки отсутствия напряжения указатели с низким входным сопротивлением.

Отсутствие напряжения должно быть проверено: между тремя парами фаз; между каждой фазой и PE-проводником («землей»); между нулевым рабочим (N) и нулевым защитным проводником (PE).

Наложение заземлений.

Заземления должны быть наложены на токоведущие части всех фаз отключенного для производства работы участка электроустановки со всех сторон, откуда может быть подано напряжение. Достаточным является наложение с каждой стороны одного заземления. Эти заземления могут быть отделены от токоведущих частей или оборудования, на которых производится работа, отключенными разъединителями, выключателями, автоматами или снятыми предохранителями.

Наложение заземлений непосредственно на токоведущие части, на которых производится работа, требуется тогда, когда эти части могут оказаться под наведенным напряжением или на них может быть подано напряжение от постороннего источника опасной величины. Места наложения заземлений должны выбираться так, чтобы заземления были отделены видимым разрывом от находящихся под напряжением токоведущих частей. При пользовании переносными заземлениями места их установки должны находиться на таком расстоянии от токоведущих частей, оставшиеся под напряжением, чтобы наложение заземлений было безопасным. В закрытых распределительных устройствах переносные заземления должны накладываться на токоведущие части в установленных для этого местах. Эти места должны быть очищены от краски и окаймлены черными полосами.

Во всех электроустановках места присоединения переносных заземлений к заземляющей проводке должны быть очищены от краски и приспособлены для закрепления струбцины переносного заземления либо на этой проводке должны иметься зажимы (барашки) [3, c. 39].

В электроустановках, конструкция которых такова, что наложение заземления опасно или невозможно (например, в некоторых распределительных ячейках, КРУ отдельных типов и т.п.), при подготовке рабочего места должны быть приняты дополнительные меры безопасности, исключающие случайную подачу напряжения к месту работы. К этим мерам относятся: запирание привода разъединителя на замок, ограждение ножей или верхних контактов указанных аппаратов резиновыми колпаками или жесткими накладками из изоляционного материала. Наложение заземлений не требуется при работе на оборудовании, если от него со всех сторон отсоединены шины, провода и кабели, по которым может быть подано напряжение, если на него не может быть подано напряжение путем обратной трансформации или от постороннего источника, и при условии, что на этом оборудовании не наводится напряжение. Концы отсоединенного кабеля при этом должны быть замкнуты накоротко и заземлены.

Порядок наложения и снятия заземления.

Наложение заземления следует производить непосредственно после проверки отсутствия напряжения. Наложение и снятие переносных заземлений, должны производиться двумя лицами. Переносные заземления перед проверкой отсутствия напряжения должны быть присоединены к зажиму «Земля». Зажимы переносного заземления накладываются на заземляемые токоведущие части с помощью штанги из изоляционного материала с применением диэлектрических перчаток. Закрепление зажимов производится этой же штангой или непосредственно руками в диэлектрических перчатках. Запрещается пользоваться для заземления какими-либо проводниками, не предназначенными для этой цели, а также производить присоединение заземлений путем их скрутки. Переносные заземления должны быть выполнены из голых медных многожильных проводов и иметь сечение не менее 25 мм2. Снятие заземления следует производить в обратном порядке с применением штанги и диэлектрических перчаток.

Если характер работы в электрических цепях требует снятий заземления, допускается временное снятие заземлений, мешающих выполнению работы. При этом место работы должно быть подготовлено в полном соответствии вышеизложенными требованиями и лишь на время производства работы могут быть сняты те заземления, при наличии которых работа не может быть выполнена. Включение и отключение заземляющих ножей, наложение и снятие переносных заземлений должны учитываться по оперативной схеме, в оперативном журнале и в наряде.

Правила использования защитных средств, применяемых в электроустановках

Защитными средствами называются приборы, аппараты, переносные и перевозимые приспособления и устройства, а также отдельные части устройств, приспособлений и аппаратов, служащие для защиты персонала, работающего на электроустановках, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги, продуктов ее горения и т.п.

Основными называются такие защитные средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение электроустановок и с помощью которых допускается касаться токоведущих частей, находящихся напряжением. Дополнительными – средства, которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить безопасность от поражения током и являются лишь дополнительной мерой защиты к основным средствам.

К основным изолирующим защитным средствам, применяемым в электроустановках напряжением до 1000 Вольт, относятся [15, c. 29]:

· диэлектрические перчатки;

· инструмент с изолированными рукоятками;

· указатели напряжения.

К дополнительным изолирующим защитным средствам, применяемым в электроустановках напряжением до 1000 Вольт, относятся:

· диэлектрические боты;

· диэлектрические резиновые коврики;

· изолирующие подставки.

Выбор тех или иных изолирующих защитных средств для применения при оперативных переключениях или ремонтных работах регламентируется правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок и линий электропередачи и специальными инструкциями на выполнение отдельных работ. Замену предохранителя следует производить только при снятой нагрузке. Замена предохранителя под нагрузкой может привести к возникновению электрической дуги, и, как следствие, повреждению глаз, ожогам рук, порче держателя предохранителя. В электроустановках до 1000 вольт замена производится в средствах защиты лица и глаз специальными клещами либо рукой в диэлектрических перчатках [24, c. 76].

Список литературы

1. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения – М., Высшая школа, 1985.–392 с.: ил.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000. –528 с.

3. Бороздин И.И. Электроснабжение предприятий – Мн., Дизайн ПРО, 2000.–224 с.: ил.

4. Вернер В.В. Электромонтер-ремонтник – М., Высшая школа, 1987. – 223 с.: ил.

5. Воронина А.А. Безопасность труда в электроустановках / А.А. Воронина, Н.Ф. Шибенко – М., Высшая школа, 1984. – 312 с.: ил.

6. Гусев Н.Н. Устройство и монтаж электрооборудования / Н.Н. Гусев, Б.Н. Мельцер – Мн., Вышэйшая школа, 1979 г. – 188 с.: ил.

7. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках – М., Энергия, 1979. – 188 с.: ил.

8. Зевин М.Б. Электромонтер-кабельщик / М.Б. Зевин, А.Н. Трифонов – М., Высшая школа, 1989. – 286 с.: ил.

9. Камнев В.Н. Ремонт аппаратуры релейной защиты и автоматики – М., Высшая школа, 1979. – 304 с.: ил.

10. Касаткин А.С. «Основы электротехники» учебное пособие для технических училищ М. «Высшая школа», 2002.

11. Коптев А.А. Электромонтер оперативно-выездной бригады подстанций – М., Высшая школа, 1988. – 266 с.: ил.

12. Коротков Г.С. Ремонт оборудования и аппаратуры распределительных устройств / Г.С. Коротков, М.Я. Членов – М., Высшая школа, 1990. – 270 с.: ил.

13. Корякин-Черняк С.Л. Краткий справочник домашнего электрика. Изд. 2-е – СПб.: Наука и Техника, 2006.

14. Куценко Г.Ф. Монтаж, эксплуатация и ремонт электроустановок – Мн., Дизайн ПРО, 2003. – 272 с.: ил.

15. Лезнов С.И. Обслуживание электрооборудования электростанций и подстанций / С.И. Лезнов, А.А. Тайц – М., Высшая школа, 1980. – 301 с.: ил.

16. Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники. Курс лекций. – Изд-во: Коронапринт, 2008.

17. Савилов Г.В. Электротехника и электроника. Курс лекций. – Изд-во: Дашков и К, 2008.

18. Семенов А.Н. Электромонтер – аккумуляторщик – М., Высшая школа, 1983. – 263 с.: ил.

19. Сибикин Ю.Д. Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий – М., Высшая школа, 1989. – 303 с.: ил.

20. Сибикин Ю.Д. Технология электромонтажных работ / Ю.Д. Сибикин, М.Д. Сибикин – М., Высшая школа, 1999. – 301 с.: ил.

21. Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г. Электротехника. Курс лекций. – М., 2003.

22. Синдеев Ю. «Электротехника» учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей» Ростов н/Д «Феникс», 2000.

23. Смирнов Л.П. Электромонтер-кабельщик – М., Высшая школа, 1978. – 324 с.: ил.

24. Трунковский Л.Е. Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий – М., Высшая школа, 1979. – 272 с.: ил.

25. Умов П.А. Обслуживание городских электрических сетей – М., Высшая школа, 1979.–216 с.: ил.