Релейная зашита и защита от атмосферных перенапряжений

Электрическая защита предназначена для автоматического отключения поврежденного участка и сигнализации при нарушении нормального режима работы.

Защита должна действовать быстро (0,04... 1 с), селективно или избирательно (выделять повреждение и отключать его ближайшими элементами), быть чувствительной (срабатывать в начале развития повреждения) и надежной (правильно и безотказно защищать).

Защита установок от коротких замыканий плавкими предохранителями основывается на тепловом действии тока. Предохранители по конструкции делятся на пробочные (до 60 А и 250 В), патронные (до 200 А и 500 В) и трубчатые.

Трубчатый предохранитель (рис. 10.2) имеет съемные калиброванные плавкие вставки 1 на номинальные токи плавления, выполненные из цинка и помещенные внутри изоляционного патрона 2 с медными наконечниками 3, с помощью которых предохранитель включается в губки основания.

Рисунок 11.2 - Схема трубчатого плавкого предохранителя

 

Плавкие предохранители (ПГО защищают установку, начиная с тока

I = 1,25·I_н,

где I_н – номинальное значение силы тока, А.

Время срабатывания t_cp плавкого предохранителя зависит от величины перегрузки .

Таблица 11.1 – Защитные характеристики плавкой вставки

β	1,5
t cp, c	>3600	4,5	1,5	0,75	0,5	0,4	0,25

Автоматические выключатели (автоматы) осуществляют так называемую максимальную токовую защиту, т.к. реагируют на некоторое значение максимального тока I_тах.

Основой автоматических выключателей являются реле максимального тока (рис. 11.3).

При максимальном токе I_тах, который проходит по катушке индуктивности L электромагнита УА, реле срабатывает и его якорь 3 под действием электромагнитной силы F_ЭМ, преодолевая усилие пружины F_п тяги 4, через толкатель 2 воздействует на рычажный механизм 1 так, что его защелка под действием пружины размыкает силовой контакт К в защищаемой электрической цепи.

Рисунок 11.3 - Схема реле максимального тока Защита установок от длительной перегрузки выполняется тепловыми реле (рис. 10.4).

Рисунок 10.4 - Схема теплового реле со стандартным нагревательным элементом

 

Реле КК включается последовательно в электрическую цепь (линию) АВ с током I и при нормальном режиме работы установки его контакты 5 и 6 замкнуты (нагрев биметаллической пластины 2 недостаточен для ее прогиба). При длительном превышении тока в ветви АВ нагреватель 1 перегревает пластину 2, она деформируется и освобождает рычаг 3, который под действием пружины 4 повернется против часовой стрелки и разомкнет контакты 5 и 6 цепи управления СД. Размыкание этой цепи ведет через промежуточные элементы, например магнитные пускатели, к отключению защищаемой линии.

Возврат реле в исходное состояние производится после устранения причины перегрузки и охлаждения биметаллической пластины, которое длится 3-4 мин, кнопочным механизмом 7, действующим на рычаг 3. У маломощных реле КК нагревательный элемент 1 отсутствует, а нагревание пластины 2 осуществляется непосредственно током I.

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

Электротехнология (ЭТ) – это наука о применении электрических и магнитных явлений в технологических процессах производства и использования строительных материалов и конструкций.

Электротехнологию можно разделить на следующие виды:

- электротермию;

- электрохимию;

- электрообработку материалов;

- электронно-ионную технологию.

Электротермия

Электротермия – технология, использующая тепловое действие электрического тока проводимости.

Тепловое действие тока широко используется при сушке, электропрогреве, электроотогреве строительных и монтажных конструкций, электросварке, плавке и т.д.

Достоинства электротермии: получение температур до 3000 °С и выше, легкость регулирования терморежима, создание зон повышенной температуры или равномерного прогрева, высокая готовность, компактность, гигиеничность, простота ухода и обслуживания и др.

Электропрогрев бетона применяется в зимнее время для монолитных каркасных железобетонных конструкций, а также для фундаментов сложной каркасной конструкции. При этом необходимо тщательно соблюдать режим нагрева и охлаждения (допустимая температура перегрева Q_доп = 30...70 °С) путем поддержания заданного значения тока регулированием напряжения источников. Наиболее часто напряжение регулируются переключением схем трансформаторов со «звезды» на «треугольник» (55...95 В; 65...112 В; 70...120 В), что позволяет нагрев бетона вести плавно, начиная с напряжения 50...60 В и заканчивая напряжением 100...НОВ.

Для получения 70%-ной проектной прочности на 1 м³ бетона марок 300...400 в среднем требуется иметь мощность источников 4,5 кВт.

Электропрогрев кирпичной кладки позволяет получить требуемую прочность кладки в зимних условиях, осуществляется при напряжении 220...380 Вив зависимости от вида цемента и температуры прогрева имеет различную длительность от восьми до девятнадцати часов.

Электротермия применяется при отогреве грунта и замерзших трубопроводов как с помощью электродов с теплозащитой из древесных опилок, смоченных раствором поваренной соли, так и непосредственным включением отогреваемых участков (как резистор) в сеть.

Электрическая сварка металлов используется в строительных производствах в виде электросварки сопротивлением (контактной) и дуговой. Контактная сварка осуществляется двумя способами: стыковкой свариваемых деталей (рис. 12.1,а) под давлением Р = 5…20 Н/мм² и пропусканием через них электрического тока I, а также расположении деталей внахлестку (рис.12.1,б), сжатием их давлением Р и пропусканием значительного тока I через механический контакт. Последний способ получил название точечной сварки.

Рисунок 12.1. - Схемы контактной сварки: стыковой (а), внахлестку (б)

Дуговая сварка отличается тем, что свариваемая деталь подключается к одному полюсу источника электрической энергии, а электрод — к другому. Электрической дугой можно производить резку металла, наплавку, заливку и др.

Электрический нагрев сопротивлением и дугой применяется в электрических печах и термокамерах. Дуговые печи работают при напряжениях 200...300 В и токах значительной силы (около 10⁴ А).

Поверхностная закалка и сушка изделий осуществляется индукционным нагревом, который позволяет регулировать глубину прогреваемого слоя.

Перспективной является электронно-термическая обработка материалов электронным лучом значительной мощности (до 10⁴... 10¹⁰ кВт/м²).

Сущность процесса электронно-лучевой обработки (ЭЛО) заключается в локальном испарении в вакууме материала, нагретого электронной бомбардировкой до температуры 660...3400 °С.

Электрохимия

В основе электрохимии лежит явление электролиза в электрических цепях, в которых основными элементами являются электролиты – растворы кислот, щелочей и солей, а также электроды – анод, соединяемый с положительным полюсом источника и катод – с отрицательным полюсом.

В результате электролиза на катоде из растворов кислот и щелочей выделяется водород, а из водных растворов солей — металл данной соли.

Область техники, в которой используется электролиз (отложение металла на катоде и растворение металлического анода) называется гальванотехникой и включает в себя гальванопластику (технологию воспроизведения металлических копий различных рельефных предметов), гальваностегию (технологию покрытия металлов слоем другого металла с целью защиты их от коррозии: никелирование и хромирование) и электрометаллургию (технологию извлечения металлов из руды и примесей, очищение металлов от примесей – рафинирование).

Электрохимические процессы имеют место при электроосмосе, под которым понимают явление проникновения блуждающих токов I_бл в землю, вызванное внешними источниками электрической энергии; рельсовым электротранспортом, электросварочными установками гальванических цехов.

Рисунок 12.2. – Схема электрической цепи при наличии электроосмоса

 

Электроэнергия от подстанции 1 по контактному проводу 2 подается к электротранспорту 3 и через рельсы 4 растекается в земле в виде блуждающих токов 6, которые участвуют в электрохимических процессах с металлическими элементами 5 коммуникаций и сооружений (МЭКС). Подземные МЭКС — кабели в металлических оболочках, металлические трубопроводы, арматура железобетонных конструкций и фундаментов, расположенных в зоне электроосмоса, подвергаются не только коррозии, обусловленной воздействием почвенных химических реагентов (растворов солей, кислот, щелочей), но и электрокоррозии блуждающими токами 6. Сила блуждающих токов может быть подсчитана по формуле:

(12.1)

где R_p – сопротивление токоведущих частей, рельсов, Ом/м;

R_пер – сопротивление перехода рельсы - почва, изоляции тоководов, Ом/м;

I_э – ток в цепи электропотребителя, А.

Из (12.1) следует, что токи электроосмоса можно уменьшить и снизить электрокоррозию МЭКС, если сократить расстояние l между контактами потребителя с землей и источником, снизить его нагрузку I_э, увеличить переходное сопротивление (изоляцию тоководов) и уменьшить сопротивление токоведущих частей (рельсов).

Для увеличения переходного сопротивления, сопротивления электрической изоляции в строительстве применяют базальт, фарфор, диабаз, стекло, пластмассы и др.