VN Osiguraci

Download VN Osiguraci

Post on 12-Aug-2015

525 views

Category:

Documents

6 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>MATURSKI RAD</p> <p>SADRAJ UOPTENO O VISOKONAPONSKIM OSIGURAIMA KONSTRUKCIJA I OPIS VISOKONAPONAPONSKIH OSIGURAA IZBOR VISOKONAPONSKIH OSIGURAA PREKIDANJE STRUJE TOPLJENJE OSIGURAA</p> <p>1. Uopteno o visokonaponskim osiguraimaOsigura je sklopni aparat iji je zadatak da toplenjem jednog ili vie njegovih elemenata, koji su za tu svrhu izraeni i kalibrisani, otvori strujno kolo u koje je ugraen i da prekine struju kada ona u dozvoljenom vremenu pree datu vrednost. Osnovna uloga osiguraa je zatita elemenata od kratkog spoja. Pored toga, mogu ad slue i za zatitu od preoptereenja. U tom sluaju njihove karakteristike moraju da budu usaglaene sa karakteristikama elemenata koje tite. U kombinaciji sa rastavljaima mogu da zamene prekidae. Tada osigura prekida struje kratkog spoja, a rastavna sklopka radne struje. Osigura svojim pregorevanjem prekida strujno kolo. Ovo se obavlja vrlo efikasno i to sa vremenom koje je znatno krae od vremena prekidanja prekidaem. Nedostak je jednostavan kriterijum delovanja, jer osigura deluje iskljuivo na osnovu vrednosti struje, prekida po nalogu zatitnih ureaja koji obezbeuju selektivnost. Druga negativna osobina je mogunost javljanja prenapona pri prekidanju induktivnih struja, poto je brzina uspostavljanja prenapona velika. Visokonaponski osigurai se korise u mreama 50 ili 60 Hz nazivnih napona do 1 kV. Osigurai visokog napona prekidaju struju pre prve amplitude, tj. Pre nego to ona dostigne najveu vrednost. Stoga visokonaponski osigurai mogu prekinuti svaku struju kratkog spoja koja se praktino poljavljuje u mreama do 36 kV.</p> <p>Slika 1.1 Izgled visokonaponskih osiguraa 2</p> <p>2. Konstrukcija i opis visokonaponskih osiguraaKao to se vidi sa slike 2.1 osigura se sastoji od porculanske cevi u kojoj je smeten topljivi umetak. Topljivi umetak je nit okruglog preseka ili traka pravougaonog preseka, od legure srebra sa jednim ili vie suenja po svojoj duini. Srebro se koristi jer ima najmanju elektrinu otpornost u prirodi. Kod osiguraa predvienih za str veeg intezizeta, moe da postoji vie ovakvih paralelnih niti. Da bi se smanjili prenaponi pri pregorevanju osiguraa, odnosno da bi se produilo vreme prekidanja topljivi umeci se izrauju od razliito perforiranih plaoica.</p> <p>Slika 2.1 Presek visokonaponskog osiguraa Spiralno vlakno od volframa ima ulogu da smanji jainu elektrinog polja u unutranjij auri osiguraa da ne bi dolo do nastanka korone, ije hemijsko i elektrino dejstvo moe da oteti umetak i da dovede do promene karakteristike reagovanja. Korona je svetlosni prsten koji se obrazuje oko visokonaponskih provodnika usled jakog elektrinog polja i jonizovanog vazduja. Korona predstavlja aktivne Dulove gubitle energije.Unutranjost kuita je ispunjena kvarcnim peskom, ija je uloga da odvodi toplotu iz umetka kroz koji protie velika struja kratkog spoja. Poto pri topljenju srebra dolazi do njegovog isparavanja, kvarcni pesak imazadatak da apsorbuje nastale pare i sprei odravanje luka. Da nema kvarcnog peska, odnosno odvoenja toplote, u izvesnim sluajevima bi moglo da doe do jonizacije srebrnih para, zbog ega prekidanje struje kratkog spoja ne bi bilo ostvareno. Pokazna znaka ukazuje na stanje osiguraa. U sluaju da osigura pregori, ona pod dejstvom opruge ispada iz svog leita.</p> <p>3</p> <p>1.2.</p> <p>3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.</p> <p>stezaljka udarni ureaj ili indikator pregrevanja dra toplivog umetka topljivi element toljivi umetak kontakt topljivog umetka kontakt osnove osiguraa kontakt draa topljivog umetka osnova osiguraa Slika 2.2 Delovi visokonaposkog osiguraa</p> <p>1. stezaljka je provodljivi deo osiguraa, predvien za elektrine spojeve spoljanjih strujnih kola. 2. indikator pregrevanja je ureaj osiguraa koji pokazuje da li je osigura reagovao 3. dra toplivog umetka je odvojivi deo osiguraa predvien da dri topljivi umetak 4. topljivi osigura je deo osiguraa koji treba da se istopi za vreme reagovanja osiguraa 5. topljivi umetak je deo osiguraa koji sadri topljivi element, koji posle reagovanja osiguraa treba zameniti novim topljivim umetkom pre ponovnog stavljanja u rad</p> <p>6. kontakt topljivog umetka je provodljivi deo topljivog umetka namenjen spajanju sa kontaktom osnove osiguraa ili draa topljivog umetka 4 7. kontakt osnove osiguraa je provodljivi deo osnove osiguraa spojen sa stezaljkama i namenjen spajanju sa kontaktom draa topljivog umetka ili sa kontaktom topljivog umetka 8. kontakt draa topljivog umetka je provodljivi deo draa topljivog umetka namenjen spajanju sa kontaktom osnove osiguraa i kontaktom topljivog umetka 9. osnova osiguraa je uvreni deo osiguraa opremljen stezaljkama za ukljuivanje u strujno kolo i ona obuhvata sve delove koji obezbeuju izolaciju</p> <p>3. Izbor visokonaponskih osiguraaIzbor osiguraa vri se prema nazivnom naponu mree i prema nazivnoj struji. Visokonaponski osigurai izrauju se za napone do 35 kV. Nazivna struja osiguraa se odabira prema delu mree koji e stititi osigura. Za dalekovod se odabira osigura prema najveoj struji koja se moe pojaviti u normalnom pogonu, a za kabl prema najveoj doputenoj trajnoj struji koja je odreena s obzirom na doputeno zagrevanje. Nazivni napon [kV] Nazivna struja osiguraa [A] 6 10 15 25 40 60 100 150 200 6 10 20 35 Rasklopna snaga (tropolno) [MVA] 450 800 1200 1000 1500 450 800 1200 1000 1500 450 800 1200 1000 1500 450 800 1200 1000 1500 450 800 1000 1000 450 700 1000 400 700 1000 400 700 400 3</p> <p>Tabela 3.1 Rasklopne snage osiguraa Spomenute rasklopne snage odnose se na struju kratkog spoja, koja bi protekla kada ne bi postojao osigura koji e je prekinuti pre nego to postigne maksimalnu vrednost. Maksimalna struja osiguraa zove se i jo struja toljenja it. Odreivanje struje it vri se iz</p> <p>dva koraka. Prvi je odreivanje struje topljenja pri efektivnoj vrednosti maizmenine komponente struje kratkog spoja ik=10 A. Ta struja topljenja it10 odreije se iz tablice 5 prema nazivnoj struji osiguraa. Drugi korak je odreivanje faktora f:</p> <p>f =3</p> <p>Ik 10</p> <p>gde je Ik struja kratkog spoja u kA to moemo isitati sa dijagrama. Struja topljenja it maksimalna struja kroz osigura, odreuju se tada iz obrasca:</p> <p>it = fit10</p> <p>In [A] 6 10 15 25 40 60 100 150 200</p> <p>It10 [kA] 0,707 1,33 1,90 3,25 5,43 7,58 12,4 16,0 18,5</p> <p>4. Prekidanje strujePri vrlo velikim gustinam astruje (10000 A/mm2 i vie) topljiva ica u osigurau trenutno e istopiti po itavoj duini i ispariti. Metalne pare se ire u okolni kvarcni pesak, pa presek rastopljene metalne ice gotovo trenutno postaje jednak nuli. Na slici 4.1 je prikazana provodnost srebra u zavisnosti od temperature. Elektrina provodnost srebra pada sa povienjem temperature. Sa poveanjem provodnost pada do nule (postaje izolator) kada sva koliina srebra ispari. Srebro se ponaa kao izolator sve dok ne nastupi jonizacija (oko 3200 C). Dalje povienje temperature dovodi po poveanja provodnosti srebra. Prema tome, otpor ice se naglo poveava do neizmerno velike vrednosti kad ispari sva ica. S poveanjem otpora smanjuje se struja kroz osigura od poetne vrednosti struje topljenja it na nulu i to i veini sluajeva pre nego to bi struja kratkoj spoja dostigla vrednost nulu. Slika 4.1 Provodljivost srebra u zavisnosti od temperature </p> <p>Na slici 4.2 je prikazan tok struje i napona za vreme delovanja osiguraa.</p> <p>Slika 4.2 Tok struje i napona pre i posle topljenja osiguraa Posle topljenja osiguraa poinje da opada, a zbog indukcije L mree, indukuje se napon koji se suprotstavljava naponu izvora Ug. Ako sa U oznaimo napon na osigurau onda moemo napisati i: Radni otpor mree se moe zanemariti. Budui da struja posle topljenja provodnika opada di/dt je negativno, pa je napon na osigurau vei od napona mree. Zbog naglog opadanja struje javie se znatno poveanje napona. Do sline situacije moe doi ako je gustina struje u osigurau manja od navedene, ali vea od 1000 A/mm 2.Tada e ica u osigurau rastopiti po celoj duini, ali nee doi do spontanog isparavanja. Tanki provodnik raspada se u kapljice zbog delovanja povrinskih naprezanja i zbog delovanja elektromagnetnog polja. Zbog delovanja tih sila dolazi naglo do formiranja kapljica. Meu kapljicama nastaju elektrini lukovi. Metalne kapljice delimino tonu u okolni kvarcni pesak, a delimino isparavaju. Zbog jakok hlaenja luk se gasi, i u tom sluaju dolazi do velikih prenapona. Pri jo manji gustinama struje ica se topi na jednom ili vie kraih delova gde je preseku = ug L di dt</p> <p>sluajno bio manji. Zbog nastalog elektrinog luka ica se i dalje topi, pa jedan deo rastopljene ice ponire u pesak, a drugi isparava. Radi poveanja otpora u osigurau, struja opada sve dok se toplota razvijena u luku toliko ne smanji da se luk ohladi ispod temperature jonizacije. Zbog svega toga provodnik se u osigurau pravi istog preseka na celoj duini. Provodnici u starijim osiguraima imali su na polovini duine neto smanjen presek. Na taj nain se postie to da se najpre rastopi i ispari samo deo duine provodnika, stvara se luk na celoj duini provodnika pa je i povienje napona manje. Nakon toga dolazi do topljenja i isparavanja delova veeg preseka, to dovodi do produenja luka i do ponovnog povienja napona. Nastojalo se da se osigura tako konstruie da drugo povienje napona napona ne bude vee od prvog. No i pored toga prenaponi koji su se javljali bili su visoki i premaivali dvostruku maksimalnu vrednost nazivnog napona. Da bi se povienje napona spreilo, dananji osigurai se prave sa razliitim presecima. Najmanji presek ima provodnik na polovini duine, pa se on sve vie poveava to se ide ka krajevima. Na taj nain ostvaruje se povienje napona koje se kree oko 1,5 maksimalnih vrednosti nazivnog napona.</p> <p>Slika 4.3 Presek ice Smanjenje povienja napona dovodi do produenja trajanja prekida struje koje ima za posledicu poveanje koliine enrgije koju treba u osigurau pretvoriti u toplotu. Ako prethodnu jednainu pomnoimo sa trenutnom vrednou struje i diferencijalom vremena dt, dobiemouidt = vgidt Lidi</p> <p>Integriranjem leve strane i prvog lana na desnoj strani od 0 do tt, a drugog lana na desnoj strani od i=it do i=0, dobiemo:tt</p> <p>Lit2 vidt = vgidt + 2 0</p> <p>Pri lan na desnoj strani predstavlja energiju koju daje generator, dok je drugi lan jednak magnetnoj energiji mree, koja je akumulirana u mrei u trenutku topljenja osiguraa, jer u tom trenutku kroz osigura protie struja it. Zbir tih dvaju koliina jednak je koliini energije gaenja. to je ta koliina energija vea, tee e se odvesti luk u osigurau ugasiti, jer e se razviti vea koliina toplote koju treba odvesti, da bi se dovoljno snizila</p> <p>temperatura u osigurau kako bi pala temperatura jonizacije. Na hlaenje znatno utie i kvarcni pesak koji se nalazi oko provodnika. Posle isparavanja provodnika, elektrini luk ima na raspolaganju u pesku kanal vrlo malog preseka, pa se radi dobrog kontakta sa peskom intezivno hladi. Kvarcni pesak odreene veliine zrnaca pokazao se najpogodniji zbog dobtog odvoenja i velike brine kojom se unjega difundiraju metalne pare. Sposobnost prekidanja struje osiguraem karakteristina je energijom gaenja. Ako neki osigura moe prekinuti energiju koja ima W1 energiju gaenja, moi e prekinuti i struju sa energijom gaenja W2, ako je:W 2 W1</p> <p>Teoretska i ekperimentalna ispitivanja pokazala su da energija gaenja zavisi od veliine struje kratkog spoja, uz ostale najnepovoljnije okolnosti. Najnepovoljnije je za osigura ako njegovo topljenje nastupi 0,5 do 1,5 ms pri 50 Hz, pre nego to je napon generatora postigao maksimalnu vrednost zbog relativno velikog udela energije iz generatora. Maksimalnu energij gaenja postiemo pri kritinoj struji kratkog spoja Ikr, koja se moe prikazati kao proizvod nazivne struje osiguraa In. Moderni osigurai imaju sledeu meru Ikr/n u zavisnosti od nazivne struje: nazivna struja In [A] 6 10 15 25 40 60 100 150 200 odnos Ikr/In ~30 ~40 ~50 ~60 ~65 ~75 ~90 ~90 ~90</p> <p>Tabela 4.1 Odnos Ikr/In Pri veim strujama kratkog spoja energija gaenja postaje sve manja, u prvom redu radi smanjenja magnetne energije , to mogu pokazati sledea razmatranja. Struja tropolnog kratkog spoja odreuje se iz jednaine:Ik =</p> <p>pa je:</p> <p>U U = Xl l U Ik</p> <p>L=</p> <p>Veliinu It imamo u jednaini it = ks IkI</p> <p>2 , 667 n</p> <p>5. Topljenje osiguraa</p> <p>Prolaskom struje kroz provodnike osiguraa zbog radnog otpora razvija toplota od koje deo zagreva provodnik, dok drugi predaje okolini Tu pojavu moemo pokazati jednainom:i 2 Rdt = mCd + adt</p> <p>gde suR = 0(1 + ) m = ql A = dl d c d d 3 2 2 i dt = + dt 16 0 1 + 4 0(1 + )4 2</p> <p>l q</p> <p>i 2 dt =</p> <p> 2 1 d 3 dt 4 0(1 + 1)</p> <p>Integriranjem u granicama od 0 do T, gde je T vreme potrebno da provodnik dostigne temeraturu topljenja i deljenjem sa T, dobijamo:1 2 2 1 2 i dt = I g = T 4 0(1 + 1) 0T</p> <p>U razlomku na desnoj strani osim prenika d su samo konstante zavisne od materijala provodnika, pa se moe postaviti:2 I g = k1d 3</p> <p>I g = k 2 d 1.5</p> <p>Oz ove formule moe se izvesti zavisnost preseka provodnika u osigurau od nazivne struje In[A] osiguraa moe se ostaviti jednaina:I n = k3 I g</p> <p>gde je k3 konstanta koja je obino vee od 1. Uvrtavanjem u I n = k 3 I g i uzimanjem u obzir odnos izmeu prenika i preseka, dolazimo do relacije:1 q = k 4 I n,33</p> <p>gde je k4 konstanta. Ispitivanjem visokonaponskih osiguraa ustanovljeno je da vredi idnos:1 q = 0,0037 I n.22</p> <p>odakle dobijamo q u mm2. Razmotrimo drugi granini sluaj, kada je struja tako velika da izaziva topljenje osiguraa u vrlo kratkom vremenu. U tom sluaju moemo pretpostaviti da se toplota ne dovodi, pa moemo pisati:i 2 dt = d 4 2 c d 16 0 1 + </p> <p>Integriranjem leve strane od t=0do tt gde je tt vreme topljenja provodnika osiguraa, te integriranjem desne strane od = 0 do t,dobijamo:t1 0 2 i dt =</p> <p>d 4 2 c ln(1 + 1 ) 16 0</p> <p>Na desnoj strani su sve veliine konstante i zavisne od materijala provodnika, pa se moe napisati:t1 0</p> <p>i</p> <p>2</p> <p>dt =k 5 d 4</p> <p>I struja Ig vrednost ovog integrala zavise od prenika provodnika pa uvrtavanjem 2 vrednosti d iz formule I g = k1d 3 moemo doi do izraza:</p> <p>i0</p> <p>t1</p> <p>2</p> <p>dt</p> <p>8 3 =k 6 d g</p>