Устройство доменной печи, принцип работы доменной печи

Для чего нужна доменная печь? Конструкция доменной печи, принцип работы и устройство

Домна, или доменная печь – это сложный комплекс технологического оборудования, используемый в металлургической промышленности для получения черного металла. Фактически, это большое сооружение, которое включает в себя не только печь, но и вспомогательные узлы.

• Принцип работы
• Фото доменной печи
• Кто изобрел?
• Доменный процесс
• Как работает домна?
• Схемы доменной печи
• Устройство домны
• Разряды ремонта домны
• Системы и оборудование
• Кауперы
• Колошниковый аппарат
• Скип
• Фурмы и летки
• Как сделать доменную печь своими руками?
• Нюансы
• Инструменты и материалы
• Пошаговая инструкция
• Особенности конструкции
• Стоимость на примере КПД №7
• Вывод

Для чего нужна доменная печь? Цель у нее одна – получение чугуна, который будет использоваться в металлургии для изготовления машин, оборудования и прочих металлсодержащих изделий.

Принцип работы

Принцип работы доменной печи состоит в следующем: в приемную камеру загружается рудная шихта с коксом, известняковым флюсом. В нижней части осуществляется периодический выпуск чугуна/ферросплавов и отдельно расплава шлака. Так как при выпуске уровень материала в домне понижается, требуется одновременная загрузка новых партий шихты.

Процесс работы постоянный, горение поддерживается при контролируемой подаче кислорода, что обеспечивает большую эффективность.

Конструкция доменной печи обеспечивает непрерывный процесс переработки руды, срок эксплуатации домны составляет 100 лет, капитальный ремонт проводится каждый 3-12 лет.

Фото доменной печи

Кто изобрел?

Это позволило сильно снизить расход кокса более, чем на треть и повысить эффективность работы печи. До этого первые доменные печи фактически были сыродутными, то есть в них вдувался не обогащенный и не подогретый воздух.

Использование кауперов, то есть регенеративных воздухонагревателей, позволило не только повысить эффективность домны, но и снизить или вовсе исключить закозление, что наблюдалось при нарушениях технологии. Можно смело утверждать, что это изобретение позволило довести процесс до совершенства. Современные домны работают именно по этому принципу, хотя их управление сегодня автоматизировано и обеспечивает большую безопасность.

Доменный процесс

Современные печи для плавки чугуна обеспечивают примерно 80 % от общего количества чугуна, с разливочных площадок он сразу подается в электроплавильные либо мартеновские цеха, где и происходит переделка черного металла в сталь с требуемыми качествами.

Из чугуна получают чушки, отправляемые затем производителям для отливки их в вагранках. Для слива шлака и чугуна используются специальные отверстия, называемые летки. Однако в современных печах применяются не отдельные, а один общий леток, разделяемый специальной жароупорной плитой на каналы для подачи чугуна и шлака.

Как работает домна?

Доменный процесс полностью зависит от избытка углерода в полости печи, он заключается в термохимических реакциях, протекающих внутри при загрузке всех компонентов и их нагреве.

Температура в доменной печи может составлять 200-250°С непосредственно под колошником и до 1850-2000°С в активной зоне – распаре.

При подаче в печь горячего воздуха и розжиге кокса в домне повышается температура, начинается процесс разложения флюса, в результате чего повышается содержание углекислого газа.

При понижении столба материала в шихте происходит восстановление монокисла железа, в нижней части столба из FeO восстанавливается чистое железо, стекающее в горн.

По мере стекания железо активно контактирует с углекислым газом, происходит насыщение металла и придание ему требуемых свойств. Общее содержание углерода в железе может составлять от 1,7%.

Схемы доменной печи

Схемы доменной печи в разрезе (разные варианты):

Устройство домны

Конструкция домны очень сложная, это большой комплекс, который включает в себя следующие элементы:

• зона горячего дутья;
• зона плавления (сюда входят горн и заплечики);
• распар, то есть зона, где происходит восстановление FeO;
• шахта, где происходит восстановление Fe2O3;
• колошник с предварительным нагревом материала;
• загрузка шихты и кокса;
• доменный газ;
• зона, где находится столб материала;
• выпуски для шлака и жидкого чугуна;
• сбор для отходящих газов.

Высота доменной печи может достигать 40 м, вес – до 35 000 тон, вместимость рабочей зоны зависит от параметров комплекса.

Точные значения зависят от загрузки предприятия и его назначения, требований к объемам получаемого металла и прочих параметров.

Более подробный вариант устройства:

Разряды ремонта домны

Для поддержания рабочего состояния домны регулярно проводится капитальный ремонт (каждый 3-15 лет). Он разделяется на три вида:

1. Первый разряд включает в себя работы по выпуску продуктов плавления, осмотру оборудования, занятого в технологическом процессе.
2. Второй разряд – это полная замена элементов оборудования, подлежащего средним ремонтным работам.
3. Третий разряд требует полной замены устройства, после чего выполняется новая засыпка сырья с правкой колошников.

к содержанию ↑

Системы и оборудование

Доменная печь – это не только установка для получения чугуна, но и многочисленные вспомогательные узлы. Это система подачи шихты и кокса, отвод шлака, расплавленного чугуна и газов, система автоматического управления, кауперы и многое другое.

Принципы работы печи остались такими же, как и столетия назад, но современные компьютерные системы и автоматизация производства сделали домну более эффективной и безопасной.

Кауперы

Современное устройство доменной печи предполагает использование каупера для нагрева подаваемого воздуха. Это установка циклического действия из жаростойкого материала, которое обеспечивает нагрев насадки до 1200°С.

Каупер включает при остывании насадки до 800-900°С, что позволяет обеспечить беспрерывность процесса, снизить расход кокса и повысить общую эффективность конструкции.

Ранее такое устройство не применялось, но начиная с 19 в. оно является обязательно частью домны.

Количество батарей кауперов зависит от размеров комплекса, но обычно их не менее трех, что делается с расчетом на возможную аварию и сохранение работоспособности.

Колошниковый аппарат

Колошниковый аппарат – эта часть является наиболее ответственной и важной, включающей в себя три газовых затвора, действующих по согласованной схеме.

Цикл работы этого узла выглядит следующим образом:

• в исходном положении конус поднят, он преграждает выход, нижний конус опущен;
• скип загружает в колошник шихту;
• вращающаяся воронка поворачивается и пропускает сырье через окна на малый конус;
• воронка возвращается в исходное положение, закрывая окна;
• малый конус опускается, загрузка проходит в межконусное пространство, после чего конус поднимается;
• большой конус принимает исходное положение, выпуская шихту в полость домны для переработки.

к содержанию ↑

Скипы – это специальные подъемники шихты. При помощи таких подъемников калошей из скиповой ямы захватывается сырье, подаваемое наверх по наклонной эстакаде.

Затем калоши опрокидываются, подавая шихту в загрузочную область, и возвращаются вниз за новой порцией. Процесс этот сегодня осуществляется автоматически, для управления используются специальные компьютеризированные узлы.

Фурмы и летки

Сопло фурмы печи направлено в ее полость, через него можно наблюдать течение процесса плавки. Для этого через специальные воздуховоды монтируются гляделки с жаростойкими стеклами. На срезе давление может достигать значения в 2,1-2,625 МПа.

Летки используются для слива чугуна и шлака, сразу после выпуска они плотно запечатываются специальной глиной. Раньше использовались пушки, которые выстраивали пластичным глиняным ядром, сегодня применяются дистанционно управляемые пушки, которые могут подходить к конструкции вплотную. Такое решение дало возможность снизить травматичность и аварийность процесса, сделать его более надежным.

Как сделать доменную печь своими руками?

Нюансы

Производство чугуна является высокорентабельным бизнесом, но наладить изготовление черного металла без серьезных финансовых инвестиций невозможно. Доменная печь своими руками в «кустарных условиях» – это просто нереализуемо, что связано со многими особенностями:

• крайне высокая стоимость домны (такие расходы могут себе позволить исключительно крупные комбинаты);
• сложность конструкции, несмотря на то, что чертеж доменной печи можно найти в свободном доступе (выше схемы), собрать полноценный агрегат для производства чугуна не получится;
• физлица и ИП не могут заниматься деятельностью по изготовлению чугуна, на это просто никто не выдаст лицензию;
• залежи сырья для черной металлургии практически исчерпаны, окатышей или агломерата в свободной продаже нет.

Но в домашних условиях можно собрать имитацию печи (мини-доменную печь), при помощи которой можно плавить металл.

Но работы эти требуют максимального внимания и крайне не рекомендуются при отсутствии опыта. Зачем может потребоваться изготовление подобной конструкции? Чаще всего – это обогрев для теплицы или дачи с максимально эффективно используемым топливом.

Инструменты и материалы

Для изготовления конструкции в домашних условиях, надо приготовить:

• металлическая бочка (можно заменить на трубу с большим диаметром);
• два отрезка трубы круглого сечения с меньшим диаметром;
• отрезок швеллера;
• листовая сталь;
• уровень, ножовка по металлу, рулетка, молоток;
• инвертор, набор электродов;
• кирпичи, глиняный раствор (необходимы для фундамента конструкции).

Все работы надо проводить только на улице, так как процесс достаточно грязный и требующий наличия свободного пространства.

Пошаговая инструкция

1. На приготовленной заготовке в виде бочки срезается верх (его следует оставить, так как он понадобиться дальше).
2. Из стали вырезается круг с диаметром, меньшим чем диаметр бочки, в нем делается отверстие для трубы.
3. Труба аккуратно приваривается к кругу, внизу сваркой крепятся отрезки швеллера, которые будут придавливать топливо во время работы печи.
4. Крышка печи изготавливается из отрезанного ранее дна бочки, в котором делается отверстие для закладного люка с дверкой. Также необходимо сделать дверку, через которую будут удаляться остатки золы.
5. Печь обязательно устанавливается на фундамент, так как в процессе работы она очень сильно нагревается. Для этого сначала устанавливается бетонная плита, затем выкладывается несколько рядов из кирпича, образующих углубление в центре.
6. Для отвода продуктов сгорания монтируется дымоходная труба, диаметр прямой части будет больше, чем диаметр корпуса печи (требуется для лучшего отвода газов).
7. Отражатель не является обязательным элементом конструкции, но его использование позволяет повысить КПД печи.

к содержанию ↑

Особенности конструкции

Особенностями такой самостоятельно изготовленной печи являются:

• уровень КПД хороший;
• есть возможность работы в автономном режиме до 20 часов;
• в печи происходит не активное горение, а тление с постоянным выделением тепла.

Главным отличием «бытовой» доменной печи будет ограничение доступа воздуха к камере сгорания, то есть тление дров или угля будет происходит при низком уровне кислорода. По схожему принципу работает и промышленная домна, но бытовая применяется только для отопления, плавить металл в ней нельзя, хотя температура внутри камеры будет достаточной.

Стоимость на примере КПД №7

Изготовление доменных печей – это ресурсозатратный и дорогой процесс, который нельзя поставить на поток. Так как домны применяются исключительно в промышленности, их проектирование и сборка осуществляются под конкретный металлургический комплекс, включающий в себя многие объекты и узлы внутренней инфраструктуры. Такая ситуация наблюдается не только в РФ, но и в других странах мира, имеющих собственные объекты металлургии.

Стоимость изготовления и монтажа доменной печи достаточно высокая, что связано со сложностью выполнения работ. Примером может случить большой доменный комплекс №7 под названием «Россиянка», установленный в 2011 году. Его стоимость составила 43 млрд. рублей, к производству были привлечены лучшие инженеры РВ и стран зарубежья.

Комплекс включает в себя следующие узлы:

• приемное устройство для руды;
• приточные станции бункерной эстакады и центрального узла;
• бункерная эстакада;
• компрессорная станция (установлена на литейном дворе);
• установка для вдувания пылеугольного топлива;
• утилизационная ТЭЦ;
• центр управления и административный корпус;
• литейный двор;
• домна;
• воздухонагревательные блоки;
• насосная станция.

Новый комплекс обеспечивает производство более 9450 тонн чугуна в сутки, полезный объем печи равен 490 куб.м, а рабочей – 3650 куб.м. Конструкция домны обеспечивает безотходное и экологически чистое производство чугуна, в качестве побочных продуктов получают доменный газ для ТЭЦ и шлак, используемый в дорожном строительстве.

Вывод

Домна – металлургическое оборудование, позволяющее получить чугун посредством переработки железной руды в промышленных масштабах.

Особенность технологии обеспечивает не только высокое качество получаемой продукции, но и экономный расход кокса. В процессе производства можно контролировать условия плавки, применяя для этого компьютеризированные системы и получая продукт со строго заданными свойствами.

Доменная печь: что это такое и как она работает

• История появления доменной печи
• Схема доменной печи
• Принцип работы домны
• Расчет годовой производительности доменной печи
• Заключение

Вот уже на протяжении нескольких столетий домны являются основными агрегатами для обработки железорудных материалов и, несмотря, что их использовали еще в Древнем Китае, они актуальны и сегодня. Доменные печи – крупные металлоплавильные агрегаты шахтного типа, предназначенные для выплавки чугунов и ферросплавов. Принцип работы основан на противотоке движущихся вверх раскаленных восстановительных газов и загружаемой шихты, а ключевой особенностью является непрерывность плавочного процесса.

Конечно, с годами их конструкция претерпевала различные изменения. Домны модернизировались, совершенствовались и изготавливались с применением разных материалов, тем не менее их принцип работы был, есть и остается неизменным. И, несмотря на высокий уровень современных технологий, в ближайшие десятилетия доменный процесс все еще будет оставаться одним из основных способов производства в черной металлургии.

История появления доменной печи

Железо (Fe) является четвертым элементом по степени распространенности на Земле. Но на нашей планете оно не встречается в чистой элементарной форме, ну разве что в составе упавших метеоритов. Поэтому люди стали получать его методом восстановления из железосодержащих руд, представляющих собой окиси и углекислые соли закиси Fe. И так как элементарная связь между Fe и O₂ довольно прочная, первым изобретателям пришлось методом проб и ошибок создавать первые и, возможно, не совсем эффективные плавильные агрегаты и использовать для получения высоких температур древесный уголь, который в древности был единственным источником энергии.

Учитывая уровень современных технологий, тяжело понять, как можно было пользоваться доменной печью при отсутствии мощных скиповых подъемников, многочисленных приборов и датчиков, без природного газа и пылеугольного топлива. Тем не менее, по всему миру сохранилось довольно большое количество доменных печей, построенных еще в XVII-XIX веках. Большинство из них представляют собой объекты исторического наследия и являются экспонатами музеев под открытым небом. Но самые первые домны были созданы в Китае, о чем свидетельствуют чугунные изделия, изготовление которых датируется еще V веком до нашей эры.

Китай

Многочисленные чугунные артефакты, найденные в разные годы в Китае, и ранние тибетские писания позволяют говорить о том, что именно на территории современной КНР впервые был изобретен и освоен доменный процесс. Причем зарождение домны и начало производства чугуна в Китае связывают с культурой царства Шанг Шунг.

Сегодня нельзя доподлинно установить, какое было устройство доменной печи в древнем Китае. Известно лишь, что ранние конструкции имели глиняные стены, а их домница имела форму двух усеченных конусов, соединенных большими основаниями. Малая мощность воздуходувных средств ограничивала возможное увеличение шахты печи по высоте, поэтому печи были высотой от 2 метров. Останки самых крупных и достигавших почти 10 метров в высоту агрегатов были найдены в провинциях Гуандун и Сыньчуан. Также из некоторых источников известно, что:

• в 500 г. до н. э. местные умельцы научились доводить температуру воздействия на шихту до 1130°С;
• к 300 г. до н. э. доменный чугун начинает широко использоваться в Поднебесной для изготовления оружия, инструментов и сельскохозяйственных орудий;
• в XI веке из-за возрастающих объемов выплавки чугуна в империи Сун началась массовая вырубка деревьев. И древесный уголь, единственное топливо для домны тех времен, начинают заменять на битуминозный каменный.

Средневековая Европа

В XII и XIII веке на территории Штирии (нынешняя Австрия) для получения черных металлов за счет химического восстановления железа из руды использовалась сыродутная печь (штукофен). Она функционировала почти так же, как работает доменная печь, что позволяет считать ее если не прототипом, то предшественником таковой.

Ближе к XV веку домны возводятся в Швейцарии, Швеции, Вестфалии и Англии. Высота их достигает 5 метров, а при обслуживании уже используются разнообразные механизированные средства. И хотя подача воздуха осуществлялась клинчатыми мехами, управляемыми гидроприводом, все же это не могло обеспечить высокую интенсивность плавки, и суточная производительность домны на то время в лучшем случае составляла 1,0…1,2 тонны.

Существует несколько гипотез о том, как доменное производство появилось в Европе. По одной из версий технология могла быть украдена у китайцев, по другой – перенята у народов, заселявших территории к югу от Каспийского моря. Зато все историки сходятся во мнении, что существенный вклад в развитие доменного производства в Европе внесли цистерцианцы. Монахи этого католического ордена активно занимались хозяйственной деятельностью и были лучшими металлургами в средневековье. Даже в примитивных доменных печах того времени цистерцианцы смогли добиться высокой эффективности в переплавке руды на чугун, о чем свидетельствуют найденные при раскопках остатки шлака с очень низким содержанием железа.

Современный этап

Дальнейшее становление и развитие доменного производства уже относится к XVIII-XX векам. И значительную роль в этом сыграли крупные научно-технические достижения. Среди них:

• получение в 1735 году младшим А. Дерби патента на коксование каменного угля;
• создание Д. Уайттом в 1784 универсального парового двигателя;
• разработка в 1828 году Д. Нельсоном технологии нагрева дутья перед подачей в домну;
• изобретение в 1850 году для загрузки шихты засыпного устройства типа «воронка-конус»;
• получение в период 1867…1871 Г. Бессемером патентов на плавку чугуна с высоким давлением внутри печи и на технологию работы домны на обогащенном кислородном дутье.

Паросиловые установки и агрегаты стали широко использоваться для нагрева и подачи дутья в домну, а также позволили значительно сократить использование угля и заменять его антрацитом. Но все же, несмотря на многочисленные инновации, основным топливом для доменной печи был и остается кокс. Именно его использование стало для металлургии ключевым фактором и основой для индустриальной революции XIX века, а коксовые домны работают по сей день.

Доменные печи также использовались для выплавки цинка. В отличие от печей, выплавляющих железо, они несколько ниже, не имеют огнеупорной футеровки в боковых стенах и абсолютно герметичны. Но из-за высокой себестоимости цинковые доменные печи почти не применяются.

В результате многочисленных разработок и внедренных идей доменное производство претерпело громадные качественные изменения, а увеличение объемов производства чугуна и стали привело к созданию высокопроизводительных доменных печей.

Схема доменной печи

А теперь пробуем более детально разобраться, что такое доменная печь. Ведь интересно, что же скрыто за мощной футеровкой и многочисленными техническими площадками, которые опоясывают домменую печь по всему периметру.

Домна – это плавильный агрегат шахтного типа и непрерывного действия, в котором все теплообменные, плавильные и восстановительные процессы осуществляются в потоке движущихся навстречу друг другу кусковых материалов шихты и восстановительных газов. Агрегаты могут отличаться объемами рабочего пространства, уровнем производительности и размерами, но в целом у них всех идентичная конструкция. А типовая схема доменной печи включает такие элементы как колошник, шахту, распар, заплечики, горн и лещадь.

Колошник

Это цилиндрическая часть расположена вверху печи. Через нее осуществляется загрузка и распределение шихты, поэтому колошник испытывает ударные и абразивные воздействия от ссыпающихся с большого конуса железорудных материалов, кокса и флюса. А как устройство он имеет сложную многоэтажную конструкцию, в которую входит загрузочное устройство, система газоотводов с клапанами, минициклоны и трубопроводная система выравнивания давления.

Шахта

Это самая большая по объему и наименее стойкая часть печи, имеющая форму усеченного конуса. Именно в шахте происходят основные физико-химические процессы взаимодействия между твердыми шихтовыми материалами и газами. И ее значительная высота обусловлена тем, что при движении материалов должно произойти наибольшее косвенное восстановление оксидов железа, а это достигается длительным пребыванием материалов в шахте. Если высота недостаточна, материалы переходят в нижнюю часть печи слабо восстановленными, а чтобы обеспечить высокую газопроницаемость столба шихты на протяжении всего плавильного процесса, шахта расширяется сверху вниз.

Распар

Цилиндрическая часть печи, имеющая наибольший диаметр и обеспечивающая плавный переход шахты в заплечики. В профиле домны распар расположен в соответствии с началом этапа шлакообразования. За счет его широких габаритов снижается скорость движения газов в зоне шлакообразования и предупреждается подвисание шихты, так как в момент перехода железорудных материалов в тестообразные массы снижается проницаемость слоя шихты и возрастает гидродинамическое сопротивление.

Заплечики

Эта часть печи имеет форму перевернутого усеченного конуса. Это позволяет направить газовые потоки из зоны горения в «рудный гребень» и замедляет темп движения шихтового столба вниз.

Он представляет собой нижнюю цилиндрическую часть домны и состоит из двух частей: фурменной зоны и металлоприемника. В фурменной зоне находятся фурменные отверстия и приборы, посредством которых в домну под давлением подается нагретое воздушное дутье. А в металлоприемнике, собирающем жидкий чугун и шлак, расположены отверстия для их выпуска.

Лещадь

Это подина металлоприемника. Учитывая массогабаритные параметры и принцип работы доменной печи, лещадь является одним из ее наиболее ответственных элементов. Она испытывает значительное гидростатическое давление и температурные напряжения и поэтому выполняется из углеродистого и высокоглиноземистого материала и имеет особый вид охлаждения.

Фундамент

Доменная печь представляет собой уникальное сооружение, имеющее колоссальную массу. Иногда на 1 м 3 ее полезного объема может доходить до 12…15 тонн весовой нагрузки, создаваемой конструкцией самой печи, загруженной шихтой и расплавом. Чтобы передать такую нагрузку на грунт равномерно, минимизировать осадку и термическое старение, фундамент доменной печи возводится двухслойным: нижняя часть представляет собой массивную подошву, верхняя – пень.

Подошва выполняется из бетона марки не ниже 400 и гравийного наполнителя. Консольные части ее армируются сталью. Пень выполняется из более огнеупорных материалов и заключается в цилиндрический кожух, поверх которого создается стакан из шамотного огнеупора.

Конструктивные размеры типовых доменных печей

Принцип работы печи: доменной, мартеновской, конвекционной

Принцип работы доменной печи

Рассмотрим, что такое доменная печь. Выплавку чугуна в крупных масштабах невозможно осуществить без мощных, габаритных печей. Доменная печь – это большой и сложный комплекс, который обслуживается большим количеством вспомогательных систем (Рис. 1). Доменная печь является вертикальной конструкцией, характеризующейся конусообразным форменным исполнением, нижняя часть которого расширяется. Печь шахтного типа, работающая на противотоке, предназначена для плавильных процессов.

Для непосредственной эксплуатации доменной печи необходим следующий спектр материалов:

• Железная руда или обогащенный рудный материал;
• Кокс каменноугольного происхождения;
• Известняковый флюс.

Данные компоненты подаются порциями в верхний конструкционный элемент печи, где происходит процесс их оседания и последующей переработки. Далее производится спуск шлака и выпуск расплавленного чугуна (Рис. 2).

Принцип работы печи доменного типа базируется на непрерывном процессе. Это и обусловливает высокие показатели производительности. Работа осуществляется в круглосуточном порядке. Ремонтно-восстановительные работы производятся каждые 3-12 лет. Суммарная продолжительность эксплуатационного периода приравнивается к 100 годам, а при должном уровне обслуживания – и больше.

Устройство доменной печи

Доменная печь – габаритное сооружение, которое в высоту может достигать 70 м и весом около 35000 т. Снаружи печь покрыта стальным кожухом с толщиной стенок от 4 см, который постоянно охлаждается при помощи холодильных камер с циркулирующей в них водой. Изнутри домна выложена огнеупорным кирпичом. Вся конструкция установлена на прочный железобетонный фундамент.

С помощью засыпного аппарата подаются необходимые материалы, которые по мере расплава опускаются вниз, а их место занимают новые порции. Образующиеся газы, имеющие высокую температуру, выводятся посредством трубопроводов и используются для нагрева свежего потока воздуха, который подается в доменную печь для наддува.

Устройство мартеновской печи

Теперь давайте рассмотрим, что такое мартеновская печь. Эта печь по своему принципу действия и устройству относится к категории регенеративных пламенных печей. При непосредственной эксплуатации осуществляется процесс сжигания мазута и газообразного топлива. За счет регенерации избыточного тепла печных газов обеспечиваются номинальные показатели температуры, которые необходимы для получения стали в расплавленном виде.

Конструкционная особенность мартеновской печи заключается в горизонтально направленной камере на основе огнеупорного кирпича. Нижняя часть печи ограничена подиной, сверху расположены своды. Сама подина выполнена в форме ванны с откосами в сторону стенок. Передняя стенка укомплектована загрузочными люками, которые используются для подачи флюса и шихты. В задней стенке имеется технологическое отверстие для приема готовой продукции.

Как работает мартеновская печь

Главный принцип работы мартеновской печи основан на уникальном эвтектическом свойстве сплавов. Раскаленная смесь воздуха и горючего газа вдувается в печь с низким потолком, который жар отражает вниз (Рис. 6). Мартеновская печь может эксплуатироваться в нескольких производственных режимах, определение которых будет зависеть от состава шихты:

• Скрап-процесс. В этом случае шихта основана на стальном ломе (скрап) на 35-45%. Данный производственный процесс будет актуален на заводах, где нет возможности установки доменных печей, но при этом есть много металлолома;
• Скрап-рудный процесс. В таком процессе шихта основана на жидком чугуне (порядка 75%), железной руды и скрапа. Считается наиболее востребованным процессом на заводах, где установлены доменные печи.

Большинство мартеновских печей имеет стационарное исполнение. В случае с качающимися печами, они нашли свое активное применение при работе с фосфористыми чугунами. Данная тенденция обусловливается тем фактом, что обогащенный фосфором шлак необходимо раскачивать.

Процесс розжига печей качающегося типа осуществляется при помощи газообразного топлива или же мазута. Генераторный или смешанный газ, характеризующийся минимальными температурами сгорания, предварительно перед подачей в рабочую камеру подогревается в специализированных генераторах, температура в которых может варьироваться в диапазоне от 1000 до 1100 градусов.

Что такое конвекционная печь

Конвекционная печь – универсальное устройство, сочетающее в себе свойства пароварки и шкафа для жарки. Эта печь нашла обширную область своего непосредственного использования в современной кулинарии. Помимо бытового модельного ряда имеют место и промышленные аналоги, ширина, высота и длинна которых предоставляют возможность размещения объектов повышенных габаритов.

«Львиная» доля печей данного вида проектируется с целью непосредственного использования на кухне для приготовления выпечки и горячих блюд. В большинство моделей укомплектованы функции электрического гриля, принцип действия которых основан на использовании мощного нагревательного тэна. Данные нагревательные элементы располагаются в нижней и верхней части камеры.

Конвекционная печь обладает возможностью регулировки пароувлажнения, что дает возможность ее использования в качестве пароварки. Столь обширный спектр использования конвекционной печи в совокупности с внушительным внутренним объемом стал причиной тому, что оборудование данного типа встречается практически в любом современном ресторане.

Принцип работы конвекционной печи

Из названия печи следует принцип работы печи, который основан на применении конвекционных процессов и возможности создания пара в герметичной камере. Конвекция является процессом теплообмена между разносторонне направленными потоками воздуха. Данный процесс обусловлен использованием производительного нагнетательного элемента (вентилятора), который располагается на задней крышке рабочей камеры. Данному процессу также способствуют 4 тэна.

Конвекционные печи обладают возможностью регулировки уровня влажности. Это отличная альтернатива пароварки: варка, тушение, водяные бани, – вся эта многогранность функционального потенциала характерна исключительно конвекционной печи. При переключении тумблера в нулевую позицию автоматически включается функция гриль. При активации данного режима в рабочей камере начинает образовываться поток горячего воздуха, который идеально подходит для запекания.

Устройство и работа доменной печи

Назначение доменной печи – осуществление процессов выплавки ферросплавов и чугуна. Для производства этих материалов используется железорудное сырье. История происхождения названия такого оборудования уходит корнями в 14 век. Термин «доменная» возник от слова дутье. Первые печи появились в Европе, а затем, уже после 16 века, пришли в Россию.

Устройство доменной печи выглядит следующим образом: печь установлена на фундаменте, а снаружи ее покрывает стальной кожух. Фундамент достаточно высок, его поверхностная, жароустойчивая часть называется пнем. Кожух обычно имеет толщину от 4 до 6 см, внутри него, вдоль стенок, находятся огнеупорные изделия. На верхушке фундамента выложена лещадь, подвергающаяся гидростатическому давлению выплавляемой массы и воздействию высоких температур. Кладки лещади, находящиеся внутри кожуха, окружают специальные холодильники. Они представлены чугунными плитами со змеевиками, по которым осуществляется циркуляция воды.

Оборудование, незаменимое в черной металлургии

Производство доменных печей – одна из нелегких задач в области металлургии. Но в то же время эта конструкция насчитывает уже не одно столетие. С развитием научно-технического прогресса, конструкция печи немного видоизменилась, стали прибавляться элементы и детали, позволяющие намного ускорить производственный процесс. Кроме того, многие сложные для осуществления контроля режимы в современных печах автоматизировались.

Работа доменной печи – важная составная современной черной металлургии. В современном производстве применяется только оборудование с высоким уровнем производительности. Кроме того, прогрессивные доменные печи оснащены системами автоматики. Роль автоматики заключается в том, чтобы регулировать, контролировать и регистрировать главные характеристики рабочих операций по выплавке. Современная печь может контролировать уровень, на который засыпана шихта, подачу руды, температуру дутья и давление газа.

Производительность таких печей растет, можно сказать, в ногу со временем. Усовершенствования системы выплавки позволяют увеличить производительность оборудования в несколько раз.

Схема доменной печи дает визуальное понятие принципа ее работы. Здесь можно пронаблюдать, как меняется конструкция оборудования в местах повышенного температурного режима. Также, с учетом схемы, можно увидеть, где засыпаются составляющие сырья и до какого уровня.

Процессы в доменной печи происходят в строго установленном порядке. Сама печь имеет вертикальную форму, сравнимую с шахтным типом. Высота может немного отличаться, но не превышает 35 м. Диаметр сооружения, как правило, в 2,5 – 3 раза меньше. Процесс протекает в определенной последовательности. Сначала происходит восстановление железа. Затем восстанавливаются другие элементы – фосфор, сера и прочие. Образующийся шлак, уже существенно поменявший свои составные, стекает вниз и накапливается в области горна. Именно химическим составом шлака определяется состав чугуна.

Принцип работы оборудования

Принцип работы доменной печи выражается в несколько физико-химических операциях. Наличие этих операций определяется температурной областью самой печи и загруженностью материала. В целом, можно выделить такие процессы:

• процесс разложения известняка, в результате которого образуется угольный ангидрид и окись кальция;
• восстановление железа и прочих элементов;
• науглероживание железа;
• металлоплавление;
• возникновение и плавление шлака;
• сгорание топлива и прочие.

Воздухонагреватель доменной печи – аппарат, в котором происходит предварительный нагрев воздуха. Затем этот воздух подается в печь. Раннее оборудование для выплавки чугуна не имело такого элемента, как воздухонагреватель. Разработка устройства позволила намного уменьшить затраты топлива.

Шихта в современном понимании – это смесь кокса, железорудного агломерата и офлюсованного сырья. Перед процессом плавки шихта проходит специальную подготовку. Сначала она дробится, затем просеивается. После просеивания крупные куски отправляются на повторное дробление.

Результатом процесса горения становится повышение температуры. Высшая температурная точка может достигать значения более 2000 градусов Цельсия. Процессы происходят под давлением горячих газов. При подъеме эти газы остывают до 300-400 градусов у кокошника.

Назначение печей

Производство чугуна в доменной печи является важной отраслью деятельности черной металлургии. Эта работа требует не только необходимости использования спецоборудования, но и тщательного следования определенных технологиям. Выплавка производится в доменной печи из пустых пород и рудного вещества. В роли рудного вещества может выступать красный, бурый, шпатовый, магнитный железняк или марганцевые руды.

Восстановление железа – один из основных этапов производства чугуна. В результате этого процесса железо обретает твердость. Далее его опускают в распар, который способствует растворению углерода в железе. Таким образом, происходит образование чугуна. Именно в горячей части печи начинает плавиться сам чугун, медленно стекая в нижнюю часть.

Принцип работы доменной печи зависит от вида этого громоздкого приспособления. Существуют печи коксовые и древесноугольными. Первые работают на коксе, вторые, соответственно – на древесном угле. Шахтная печь рассчитана на непрерывный принцип действия. Форма данного оборудования представляет собой два конуса, сложенных широкими сторонами основаниями. Между этими конусами расположена часть печи, обладающая цилиндрической формой – распар.

Индустриальная доменная печь, называемая плавильной, предназначена для перевода обрабатываемого материала из одного состояния в другое. Так, твердое состояние постепенно, под воздействием температуры, превышающей температуру плавления, переходит в жидкое. Материал, доведенный до жидкого состояния может находиться во взвешенном положении, а также в кристаллизаторе, тигле, горне шахты или ванне на подине. Индустриальные доменные печи применяются в целях производства металлов из руд. Именно в них проходят еще процессы выплавки цветных металлов и стали, варки стекла и прочих.

Ремонт доменных печей можно проводить несколькими способами. Основные ремонтные работы производятся по мере необходимости или в связи с плановым капитальным ремонтом. Именно в этот период непрерывный процесс работы приостанавливается. Капитальный ремонт делится на три вида разрядов. По первому ремонтному разряду надлежит выпускать из горна жидкие продукты плавки полностью и проводить тщательный осмотр всего оборудования. Второй разряд обозначает средний ремонт с заменой некоторых элементов. Третья категория ремонта подразумевает смену засыпных устройств и поправку колошниковой защиты.

Для чего нужен дифавтомат, и какой принцип его работы разного типа: чем отличается, устройство и схема

Из данной статьи вы узнаете об устройстве, принципе работы дифавтомата, а также его отличиях от других защитных электрооборудований.

1. Защита от удара током при помощи дифференциального автомата
2. Что такое дифференциальный автомат и для чего нужен
3. Достоинства и недостатки
4. Область применения
5. Где лучше установить дифавтомат вместо УЗО
6. Параметры
7. Тип электромагнитного расцепителя
8. Ток утечки (отключающий дифференциальный ток) и его класс
9. Номинальная отключающая способность и класс токоограничения
10. Электронный или электромеханический
11. Принцип работы селективного типа
12. Особенности выбора для квартиры или дома
13. Условия эксплуатации
14. Ошибки при покупке
15. Полезное видео

Защита от удара током при помощи дифференциального автомата

Современное общество отличается широким использованием разнообразного электрооборудования. Нередко встречаются случаи, когда вновь приобретенная техника подключается к проводке, не рассчитанной на высокие потребляемые токи.

Другая ситуация: вместо дорогих устройств известных производителей в целях экономии приобретаются конструкции малоизвестных брендов. Недобросовестные производители снижают себестоимость изделий в ущерб качеству. В целях повышения безопасности людей, предотвращения пожаров разработаны разнообразные устройства защиты.

Что такое дифференциальный автомат и для чего нужен

Дифференциальный автомат конструктивно объединяет в едином корпусе два типа защиты:

• От перегрузки (короткого замыкания, превышения допустимого значения тока потребления);
• От токов утечки.

Первый тип используется в токовых автоматах и предусматривает отключение фазного и нулевого проводников при увеличении тока нагрузки выше того, на который рассчитан автомат. Второй тип защиты используется в УЗО – устройствах защитного отключения. Принцип действия заключается в сравнении токов в нулевом и фазном проводах. Наличие разницы говорит о появлении тока утечки, который может быть опасен.

Фактически, дифавтомат объединяет в одном корпусе два устройства.

Достоинства и недостатки

Дифавтомат обладает следующими достоинствами:

• Экономия места в распределительных щитах ввиду совмещенности двух устройств.
• Упрощение монтажа и сокращение количества точек подсоединения проводов.
• В случае срабатывания размыкаются одновременно все питающие проводники (ноль и фаза).

В то же время у данных устройств есть и недостатки:

• Более высокая стоимость.
• Затруднение диагностики причины срабатывания.
• При повреждении меняется полностью вне зависимости от того, какой тип защиты отказал.

Таким образом, если при отдельно установленных автоматах и УЗО можно легко определить, чем вызвано срабатывание (коротким замыканием или током утечки) и при необходимости заменить необходимое устройство, то дифференциальный автомат меняется целиком. Причем для поиска причин необходимы некоторые навыки.

Область применения

Дифавтомат, как и УЗО, наилучшим образом раскрывает достоинства при установке в цепях, которые нуждаются в особом контроле. Это мощная нагрузка, расположенная в помещениях с высокой опасностью, наличие чувствительной к параметрам питающей сети аппаратуры.

К опасным помещениям относятся те, которые имеют высокую влажность и наличие электроаппаратуры. Например, ванная комната с электрическим бойлером или стиральной машинкой, кухня с электроплитой.

Где лучше установить дифавтомат вместо УЗО

Учитывая то, что дифференциальный автомат занимает меньше места, чем совместно устанавливаемые токовые автоматы и УЗО, то они наиболее удобны при размещении в малогабаритных распределительных щитах. Также удобно использовать дифавтоматы в щитах, распределяющим питание на большое количество цепей, поскольку так можно значительно упростить нагрузку. Одновременно возрастает надежность, так как в распределительных щитах слабым метом являются точки коммутации – клеммы устройств с подсоединенными проводами.

Параметры

При установке дифавтомата следует учитывать три основных параметра:

• Напряжение питающей сети и количество фаз – 220В или 380В, 1 фаза или 3.
• Ток срабатывания. Данный параметр аналогичен таковому у автомата защиты.
• Ток утечки. Здесь все аналогично УЗО.

Есть еще несколько параметров, с которым знакомы не все:

• Номинальная отключающая способность. Ток короткого замыкания, который способно выдержать устройство без нарушения работоспособности.
• Время срабатывания дифференциальной защиты.
• Класс токоограничения. Показывает время гашения электрической дуги при коротком замыкании.
• Тип электромагнитного расцепителя, от которого зависит превышение тока срабатывания по сравнению с номинальным.

Тип электромагнитного расцепителя

Электромагнитный расцепитель в дифавтомате предназначен для мгновенного размыкания цепи при превышении номинального тока в указанное количество раз. Распространены следующие типы:

• В – ток срабатывания превышает номинальный в 3-5 раз.
• С – ток срабатывания превышает номинальный в 5-10 раз.
• D – ток срабатывания превышает номинальный в 10-20 раз.

Ток утечки (отключающий дифференциальный ток) и его класс

Порог чувствительности дифференциального трансформатора определяет ток утечки, который вызывает срабатывание защиты. Наибольшее распространение получили дифференциальные трансформаторы с чувствительностью 10 и 30 мА.

Кроме числового значения тока утечки, важное значение имеет форма. В соответствии с этим различают такие классы устройств защиты:

• АС – контролируется синусоидальный ток утечки.
• А – кроме синусоидального, учитывается пульсирующий постоянный, что важно при защите цифрового электронного оборудования.
• В – к перечисленным токам добавляется сглаженный постоянный.
• S – выдержка времени на отключение – 200-300 мс.
• G – выдержка времени – 60-80 мс.

Номинальная отключающая способность и класс токоограничения

Данный параметр характеризует ток короткого замыкания, который в состоянии выдержать контактная группа автомата защиты без повреждения в течении времени отключения. Чем выше значение параметра, тем больше вероятность того, что после устранения повреждения в сети дифавтомат останется работоспособным. Типовой ряд значений таков:

• 3000 А;
• 4500 А – вместе с первым значением сегодня практически не используется;
• 6000 А – часто используемое значение;
• 10000 А – подходит к местам с близким расположением к питающей подстанции, но имеет высокую стоимость.

Класс токоограничения характеризует скорость отключения при протекании критического тока. Время выключения (скорость) включает время гашения дуги между размыкающими контактами. Меньшее время, то есть более высокая скорость выключения, гарантирует большую безопасность. Существует три класса: с первого по третий.

Электронный или электромеханический

По внутреннему оснащению различают электромеханические и электронные устройства. Электромеханические дифавтоматы считаются более надежными и не требуют для работы внешнего питания.

Электронные устройства имеют более стабильные параметры, но для нормальной работы требуется наличие стабильного питания на входе.

Принцип работы селективного типа

В разветвленных электрических сетях применяется двухуровневая система защиты.

На первом уровне устанавливается дифференциальный автомат, который контролирует линию нагрузки полностью. На втором – дифавтоматы контролируют каждую выделенную цепь по отдельности.

Чтобы предотвратить одновременное срабатывание устройств защиты обоих уровней, первый дифавтомат должен обладать селективностью, которая определяется временем задержки на отключение. Для этих целей используют автоматы классов S или G.

Особенности выбора для квартиры или дома

Параметры автоматов во многом зависят от характеристик электропроводки и устанавливаемого оборудования. Часто ставят защиту с током утечки 30 мА, поскольку более чувствительные устройства могут выдавать ложные срабатывания при изношенной электропроводке и при большом количестве подключенных приборов.

Тап электромагнитного расцепителя определяется параметрами подключаемой нагрузки.

По току срабатывания руководствуются теми же условиями, что и при выборе автоматов защиты.

Условия эксплуатации

Установка дифференциальных автоматов производится как с использованием заземления, так и без него.

Ошибки при покупке

Главная ошибка при покупке дифавтомата – стремление обезопасить себя. В связи с чем потребители выбирают устройства с минимальным током защиты и перегрузки. В результате наблюдаются многочисленные ложные срабатывания.

Превышение тока отключения не гарантирует надежное отключение при высоких токах нагрузки.

Грамотный подбор параметров автоматики защиты обычно выполняют специалисты, которые также дают рекомендации по распределению электрических цепей и монтажу силового щита. Отсутствие должной квалификации не гарантирует нормальной защиты потребителей от нештатных ситуаций.

Полезное видео

Устройство и принцип работы дифференциального автомата

Дома или на работе система электроснабжения сейчас просто немыслима без устройств обеспечения безопасности. Никто не застрахован от пожароопасных ситуаций. Но можно снизить риск, уделив должное внимание предохранительным устройствам в распределительном электрощите. Поговорим о диффавтоматах.

Содержание:

1. 1. Где используется дифференциальный автомат
2. 2. Из чего состоит устройство
3. 3. Как работает диффавтомат
4. 4. Короткое замыкание
5. 5. Перегрузка
6. 6. Утечка тока
7. 7. Основные характеристики устройства
8. 8. Важно помнить

Дифференциальный автомат представляет собой современное устройство, в котором совмещены свойства УЗО и функция автоматического выключателя. Он защищает систему электроснабжения от замыкания, перегрузки в сети, а также от утечки тока – все это чревато возникновением пожара, а в последнее время еще и угрозой поражения электрическим током.

Где используется дифференциальный автомат

Его устанавливают в сети с напряжением 220 В и 380 В. Наибольшую популярность диффавтоматы приобрели в жилых домах, загородных коттеджах и общественных зданиях – они устанавливаются в распределительные щитки. Важно подключить диффавтомат в помещениях с высокой влажностью, где пользователь контактирует с электрическими приборами – например, в ванной или бане. Также защитные устройства активно используются в промышленных помещениях, на строительных площадках, в павильонах, торговых палатках, гаражах и т.д. Установка дифференциальных автоматов необходима там, где в сети создается высокая нагрузка из-за подключения большого количества электрических приборов.

Из чего состоит устройство

Конструкция дифференциального автомата включает в себя две части: защитный модуль и автоматический выключатель. В первую часть помещены: трансформатор с тороидальным сердечником, устройство для усиления сигнала, микросхема и реле. А внутри выключателя находятся расцепители электрической цепи, один из них электромагнитный, другой – тепловой. В него же встроена система механического срабатывания из рычагов и пружин, которая связывает тумблер и электрическую часть.

Корпус дифференциального автомата изготовлен из пластика, устойчивого к возгоранию. Питание модуля осуществляется через последовательное соединение с выключателем.

У каждого диффавтомата имеется кнопка для проверки его работоспособности. Обычно она называется «Пуск». При нажатии на нее автомат имитирует ситуацию утечки тока. Если устройство исправно, выключатель щелкнет, прекратив подачу электричества.

Как работает диффавтомат

Несколько слов о процессе установки дифференциального автомата. В клеммы заводится фазный провод или провода тех групп электрических приборов, которые надо защитить. Выключатель монтируется в распределительном щите, встраивается в участок электрической сети. То есть диффавтомат фиксирует все неполадки, возникающие в подключенной цепи.

Разберем, какие внештатные ситуации могут возникнуть в электрической сети, чем они опасны и по какому принципу срабатывает диффавтомат в этих случаях.

Короткое замыкание

Что происходит? Фазные и нулевой провода соприкасаются, например, вследствие износа изоляции проводки. Сила тока в сети моментально подскакивает до нескольких тысяч ампер.

Чем это грозит? Из-за высокой величины силы тока существенно увеличивается выделение тепла. Поэтому проводка начинает плавиться и создает серьезную угрозу возгорания предметов, находящихся рядом.

Когда срабатывает диффавтомат? Когда сила тока достигает предельного значения, на которое рассчитано устройство. Этот параметр, то есть ток отключения, может быть 4,5 кА, как у модели ABB DS201, или 6 кА, например, как у модели ABB DS201. Когда возникает короткое замыкание, в диффавтомате происходит следующее: подвижный сердечник электромагнитного расцепителя – соленоида меняет свое положение и затрагивает выключатель, который размыкает электрическую цепь.

Перегрузка

Что происходит? Если в линию включено слишком много приборов или потребители очень мощные, в итоге превышается норма нагрузки, на которую рассчитана электрическая сеть. Например, если подключить к тройнику мощную микроволновку, холодильник и электроплиту, то перегрузка неизбежна

Чем это грозит? При регулярных перегрузках проводка то нагревается, то остывает. Это приводит к ее быстрому износу и появлению риска возгорания предметов поблизости, плавлению розеток и выключателей.

Когда срабатывает диффавтомат? В тот момент, когда величина потребляемого тока превышает норму, допустимую для данной модели, например, 16, 25, 40 А или другое значение, срабатывает тепловое реле – расцепитель. Оно представляет собой пластинку из сплава двух металлов, через которую идет электрический ток. Чем больше ампер проходит через нее, тем больше она нагревается. В момент перегрузки пластина выгибается и передает сигнал на выключатель, который в свою очередь отсоединяет линию от источника питания. Прежде чем возобновить работу дифференциального автомата, следует выключить из розетки часть приборов и подождать около минуты, пока пластинка охладится.

Утечка тока

Что происходит? В штатной ситуации в фазном и нулевом проводах приблизительно одинаковая сила тока. Однако если на проводах повреждена изоляция и к ним прикоснется тело, оно примет часть электрического заряда. Тогда значения силы тока в нуле и фазе становятся отличными друг от друга – возникшую в момент утечки разницу называют дифференциальным током.

Чем это грозит? Если проводником стал человек, то появляется опасность получить сильный удар током. Электрический ток свыше 30 мА уже опасен для нашего организма. Кроме того, в месте утечки тока может возникнуть локальный перегрев и начаться пожар.

Когда срабатывает диффавтомат? Когда значение дифференциального тока достигает установленного порога – чаще всего это 10 мА (например, в модели Legrand 1п) или 30 мА (как у модели IEK АД-12 2п). Но этот показатель может быть и больше. Трансформатор постоянно снимает значение силы тока с проводов фазы и нуля, а затем отправляет эту информацию через усилитель сигнала на микросхему, где дифференциальный ток сравнивается с нормальным значением, то есть с нулем. Если цифра превышает эталон и достигает лимита, микросхема подает команду на выключатель – он прекращает подачу тока на провода. Реакция автомата на утечку тока составляет 0,005 сек.

Основные характеристики устройства

Дифференциальные автоматы имеют несколько классификаций, с которыми связаны вопросы выбора устройств.

1. По типу сети:
   – для однофазных сетей 220 В (однополюсные, двухполюсные);
   – для трехфазных сетей 380 В (трехполюсные, четырехполюсные).
2. По номинальному току для предотвращения перегрузки – могут быть от 6 до 63 А. Самые ходовые – модели на 16, 25 и 32 А, например, Legrand 4п. К диффавтоматам с разным номинальным током подключаются потребители с разной суммарной мощностью.
3. По отключающей способности при коротком замыкании – могут быть от 4,5 до 6 кА.
4. По току утечки – могут иметь пороговое значение от 10 до 100 мА.
5. По типу расцепления – кратность номинальному току указывает, в какое количество раз он должен возрасти, чтобы автомат разъединил цепь. Это значение указывается латинской буквой и означает: А – превышение номинального тока в 2 – 3 раза; В – 3 – 5 раз; С – 5 – 10 раз; D – 10 – 20 раз. В быту чаще всего используются дифференциальные автоматы с типами В или С, подходящий вариант – модель ABB DSH941R (тип С).

Важно помнить

По статистике за 2013 год в России более 26% пожаров произошло именно по причине неправильного обращения с электроприборами и электропроводкой. Поэтому установка дифференциального автомата – мера, которая может спасти от беды.

При проектировании схемы электропроводки в квартире, доме или офисе необходимо учесть количество бытовых приборов и их расположение. Работы по подключению дифференциального автомата лучше поручить профессиональному электрику.

Если вы уже просчитали, сколько защитных устройств вам понадобится, позвоните менеджеру по телефону 8-800-333-83-28, и он оформит ваш заказ и за считанные минуты.

Дифавтомат устройство и принцип работы

Приветствую Вас уважаемые гости и постоянные читатели сайта elektrik-sam.info!

Начинаем очередную серию публикаций в рамках курса «Автоматические выключатели, УЗО и дифавтоматы — подробное руководство», на этот раз посвященную дифференциальным автоматам. Начнем с рассмотрения устройства и принципа работы дифавтоматов.

Автоматический выключатель дифференциального тока или дифавтомат — это устройство, объединяющее в одном корпусе функции автоматического выключателя и УЗО. Т.е. он позволяет защитить контролируемую цепь от токов перегрузки и токов короткого замыкания (функции автоматического выключателя) и от токов утечки (функции УЗО), позволяя защитить человека от возможного поражения электрическим током и предотвратить возможность возгорания в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановки.

Конструктивно дифавтоматы изготавливаются из диэлектрического материала и имеют защелку для установки на DIN-рейку. Установка производится так же, как и установка УЗО.

Для однофазной сети 220В выпускаются двухполюсные дифавтоматы. К клеммам верхних полюсов подключается фазный и нулевой проводник питающей сети, а к зажимам нижних полюсов – фазный и нулевой проводник от нагрузки. При этом, в зависимости от марки производителя и серии они для своей установки на DIN-рейку могут занимать как два, так и более модулей.

Для трехфазной сети 380В выпускаются четырехполюсные дифавтоматы. К верхним клеммам подключаются три фазных провода и ноль со стороны питания. К нижним клеммам три фазных провода и ноль от нагрузки.

При установке на DIN-рейку четырехполюсные дифавтоматы занимают место больше четырех модулей, в зависимости от марки производителя. Т.е. полюсов для подключения проводов четыре, а занимаемое место в электрощите более четырех модулей, за счет блока дифференциальной защиты.

Применение двухполюсных дифавтоматов, которые при установке занимают два модуля, позволяет сэкономить место в электрощите и упростить монтаж, вместо отдельно установленных автоматического выключателя и УЗО (которые вместе занимают три модуля).

Мы помним из раздела, посвященного устройствам защитного отключения, что УЗО не защищает от сверхтоков и требует установки последовательно с ним автоматического выключателя.

При разветвленной проводке с большим количеством групп, экономия места в электрощите может быть довольно существенной. Однако, зачастую стоимость дифавтомата больше, чем стоимость отдельно установленных автомата и УЗО.

Конструктивно дифавтомат состоит из двух- или четырехполюсного автоматического выключателя и включенного последовательно с ним модуля дифференциальной защиты. Подробно конструкцию и принцип работы автоматических выключателей и УЗО мы рассматривали в предыдущих разделах, ссылки на них внизу этой статьи.

Повторим вкратце основные моменты.

Модуль автоматического выключателя обычно устанавливается в фазные проводники и содержит тепловой расцепитель для защиты от токов перегрузки и электромагнитный расцепитель (катушку соленоида с подвижным сердечником) для защиты от токов короткого замыкания.
Принцип действия такой же, как и у обычного автоматического выключателя.

При возникновении тока перегрузки биметаллическая пластина нагревается проходящим через нее электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, приводит в действие механизм расцепления, размыкая защищаемую цепь.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке соленоида магнитное поле перемещает сердечник, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты.

Для защиты силовых контактов дифавтомата от разрушающего действия электрической дуги, применяется дугогасительная камера.

Модуль дифференциальной защиты представляет собой дифференциальный трансформатор тока, через который проходит фазный и нулевой проводник (первичная обмотка) и обмотка управления (вторичная обмотка). В четырехполюсных дифавтоматах через дифференциальный трансформатор тока проходит три фазных проводника и нулевой.

В обычном режиме работы через фазный провод проходит ток к нагрузке, а через нулевой проводник от нагрузки, т.е. токи равны и направлены встречно. Геометрическая сумма токов равна нулю, наводимые ими магнитные потоки в обмотке трансформатора тока взаимно компенсируют друг друга, и результирующий магнитный поток равен нулю.

При возникновении тока утечки баланс токов нарушается, поскольку в фазном проводе вместе с током нагрузки протекает и ток утечки. Токи в фазном и нулевом проводниках наводят разные по величине магнитные потоки, их баланс нарушается и в тороидальном сердечнике трансформатора тока возникает разностный магнитный поток. Под действием разностного магнитного потока во вторичной обмотке управления возникает ток. Когда величина этого тока превысит пороговое значение, срабатывает механизм расцепления и силовые контакты дифавтомата отключаются от питающей сети.

Как и УЗО, модуль дифференциальной защиты дифавтоматов может быть электромеханическим или электронным. В электронных при возникновении утечки, ток в обмотке управления подается на плату электронного усилителя с катушкой электромагнитного сброса и через механизм расцепителя отключает силовые контакты дифавтомата от питающей сети.

Дифавтоматы с электронным модулем дифференциальной защиты, в отличие от электромеханических, могут потерять работоспособность при обрыве фазного или нулевого проводника со стороны питающей сети (подробно об этом смотрите видео работа УЗО при обрыве нуля), поскольку отсутствует питание, необходимое для работы платы усилителя.

Дифавтоматы некоторых производителей имеют встроенные индикаторы, которые позволяют определить причину срабатывания:

— дифавтомат сработал от перегрузки по току: тепловая защита или электромагнитный расцепитель от токов короткого замыкания;
— или сработал модуль дифференциальной защиты дифавтомата в результате утечка тока.

Если таких индикаторов нет, тогда в случае отключения дифавтомата, неясно что вызывало срабатывание – перегрузка по току, или дифавтомат сработал в результате возникновения тока утечки.

Для проверки исправности модуля дифференциальной защиты на корпусе устройства расположена специальная кнопка «Тест». При нажатии на эту кнопку создается искусственный ток утечки и если дифавтомат отключился, значит он исправен.

Более наглядно принцип работы смотрите в видео Дифавтомат устройство и принцип работы:

Интересные материалы по теме: