Релейная защита 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. 11.2) 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.

Рис. 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

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.

Рис. 11.3. Схема реле максимального тока. Защита установок от длительной перегрузки выполняется тепловыми реле (рис. 11.4).

Рис. 11.4. 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 использовании 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 регулируется переключением схем трансформаторов со «звезды» на «треугольник» (55...95 В; 65...112 В; 70...120 В), что позволяет вести нагрев бетона 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 и 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 расположением деталей внахлестку (рис.12.1,б), сжатием их давлением Р и пропусканием значительного тока I через механический контакт. Последний способ получил название точечной сварки.

Рис.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.

Рис. 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.