Методическая разработка урока теоретического обучения по МДК.01.02.Организация работ по сборке, монтажу и ремонту электрооборудования промышленных организаций по теме: "Конструкция и принцип работы предохранителей"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

 ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ № 46

ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

Методическая разработка
урока теоретического обучения по МДК.01.02.Организация работ по сборке, монтажу и ремонту электрооборудования промышленных организаций. Профессия

13.01.10 «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования (по отраслям)»

по теме: Конструкция и принцип работы предохранителей

Составитель: Ведехин Алексей  Анатольевич преподаватель

2022 г.

Содержание

1.Введение

2.Методическое обоснование темы урока

3.Методические рекомендации к проведению урока

4.План урока.

5. Объяснение нового материала.

6.Список литературы.

Введение

        Методическая разработка посвящена одной из основных проблем этапа обучения специалистов по профессии «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования» - монтажу и ремонту защитных и пускорегулирующих аппаратов.

         Цель данной методической разработки – оказать методическую помощь преподавателю спец.дисциплин по проведению урока теоретического обучения по темам связанным, с устройством электрических аппаратов. Обучающиеся, в основной массе, не могут понять причины неисправности электрооборудования.

         Чтобы обучающиеся смогли быстрее усвоить как обслуживать пускорегулирующую аппаратуру мною разработан и предложен урок теоретического обучения по теме: «Конструкция и принцип работы предохранителей».

        Предложенный урок позволяет обучающимся не только быстрее понять данную тему, но и в дальнейшем помогает легче и быстрее переходить на новый уровень обучения.

Методическое обоснование темы урока.

      В ходе уроков теоретического обучения обучающимся бывает сложно разобраться с причинами неисправности электрооборудования.

      Преподавателю необходимо как можно доходчивее донести до обучающих эти моменты. Задачей данного урока теоретического обучения является сформировать понятие о устройстве и принципе действия предохранителей.

      Сформировать умения анализировать и мыслить.

Способствовать формированию ответственности за результаты качественного выполнению учебного задания, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности.

Для ускорения понимания этой темы, мною разработан урок теоретического обучения.

      В процессе начале урока теоретического обучения создаются условия для развития познавательной активности, умения самостоятельно находить решения создавшийся проблемы.

Данная методическая разработка может быть полезна мастерам производственного обучения учреждений профессионального образования ФСИН России, осуществляющим подготовку специалистов по профессии 

«Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования».

Методические рекомендации по проведению урока

Планируя урок, я исхожу из того, что определенные знания о устройстве предохранителей у обучающихся уже есть. Ведение урока позволяет обучающимся лучше понять данную тему и поможет быстрее перейти к нахождению неисправностей в электрических схемах и пониманию вызвавших их причин.

В начале урока повторяем и закрепляем предыдущий материал о устройстве магнитного пускателя.

Акцентирую внимание обучающихся на том, что данный электрический аппарат широко используется для управления асинхронными электродвигателями. В момент пуска возникает кратковременный большой пусковой ток, превышающий номинальный ток в 5-7 раз. Для защиты асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от токов перегрузки применяют предохранители, плавкие вставки которых имеют низкую температуру плавления и обладают тепловой инерцией. Поэтому кратковременные перегрузки такие плавкие вставки не отключают, после чего перехожу к объяснению нового материала.

Для более глубокого формирования теоретических взглядов я демонстрирую видеофильм о устройстве и работе предохранителей, где они применяются. Останавливаю просмотр на непродолжительное время для объяснения показанного материала.

Интересуюсь, есть ли вопросы, что не поняли?

Даю обучающимся за своими партами наглядно рассмотреть разные типы предохранителей, в собранном виде. Разбираю предохранитель ПН-2, высыпаю кварцевый песок на лист бумаги, тем самым наглядно  демонстрируя внутреннее устройство предохранителя в разобранном виде. Провожу фронтальный опрос для закрепления полученных знаний. Оцениваю работу обучающихся и выставляю оценки. Даю оценку занятию и благодарю за работу на уроке.

Выдаю домашнее задание.

План урока теоретического обучения

по предмету: МДК 01.02. «Организация работ по сборке, монтажу и ремонту электрооборудования промышленных организаций»

Тема 2 Монтаж и ремонт защитных и пускорегулирующих аппаратов.

Урок 3: Конструкция и принцип работы предохранителей.

Количество часов:2

Цели урока:  
1. Обучающая – сформировать понятие о устройстве и принципе работы предохранителей.

 2. Развивающая    - содействовать в ходе урока развитию навыков работы с учебной литературой, анализировать и делать выводы.

3.Воспитательная -

Способствовать формированию ответственности за результаты качественного выполнению учебного задания, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности, волевых качеств, интуиции, сообразительности, 

Тип, вид урока: Урок освоения новых знаний, лекция.

Методы обучения:

Объяснительно-иллюстрированный; наглядный (демонстрация видео);                                                                                          диалогово-словесный(беседа, устное объяснение);                

Межпредметная связь: УП-01. Учебная практика.

  МДК. 02.01.  Тема 2. Урок 5 Техническое обслуживание и ремонт предохранителей.

Учебно - методическое оснащение урока:

1. В.М. Прошин, Электротехника, учебник, М., Академия, 2014 г.

2. П. А. Бутырин, Электротехника, учебник, М., Академия, 2017 г.

3. Б.И. Иванов, Электромонтер по обслуживанию и ремонту электрооборудования, 3-издание Ростов ООО Феникс 2011г.

4.  Ю.Д. Сибикин, Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий-книга-2, М., Академия, 2010 г.

5. Дидактический материал: видеофильм (Предохранители).

Материально-техническое оснащение урока:

1. Стенды с электрооборудованием.

2. Плакаты, схемы.

3. Телевизор.

4. Тетради для конспектов, ручки, карандаши.

Ход урока:

Элементы структуры урока	Деятельность преподавателя	Деятельность учащихся	Примечания по методике
1.   Подготовительный этап (15мин) 1.1 Оргмомент	1.Приветствует 2.Проверка явки. 3. Проверка готовности к уроку	1.Приветствуют 2. Готовятся к уроку	Диалогово – словесный метод (беседа)
1.2Целевая установка	1.Сообщает тему урока 2.Совместно с учащимися формулирует цель урока	1. Воспринимают и записывают тему 2.Участвуют в формулировке целей	Объяснение, Беседа, дискуссия
1.3Актуализация опорных знаний и опыта учащихся.	Организует работу по повторению и закреплению изученного материала. Вопросы: 1Для чего служат магнитные пускатели? 2. Назначение, устройство магнитного пускателя. 3. Почему дуга является вредной в электрических аппаратах?  4.На какие виды делятся магнитные пускатели? 5.Для управления чего широко используется магнитный пускатель?	Отвечают на вопросы.
2. Основной этап (60мин) 2.1 Объяснение нового материала	Последовательно излагает новый материал.	1. Воспринимают, ведут записи в конспектах. 2.Изучают материал самостоятельно.	Словесный метод. Самостоятельна работа с книгой.
2.2 Показ видеофильма.	1.Формулирует тему и сообщает целевую установку просмотра фильма. 2.Демонстрирует фильм.	Воспринимают видеоматериал.	Объяснительно-иллюстрированный метод.
2.3 Закрепление знаний.	Комментирует видеоматериал применительно к новому материалу. Отвечает на вопросы.	Обсуждают.	Диалогово-словесный метод.
3.Заключительный этап  (15мин) 3.1Подведение итогов	1.Сообщает о достижении поставленных целей. 2.Оценивает работу обучающихся и сообщает оценки. 3.Даёт оценку занятию и благодарит обучающихся за работу на уроке.	Проводят само и взаимоконтроль	Диалогово-словесный метод
3.2 Выдача домашнего задания	Сообщает домашнее задание	Обсуждают, задают вопросы.	Диалогово-словесный метод

Объяснение нового материала

Предохранители служат для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания и перегрузок и устанавливаются на вводе электроустановки непосредственно за вводным рубильником, в начале отходящих линий в распределительных устройствах, и в других местах.

Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая перегорает при прохождении через неё токов короткого замыкания или перегрузки, разрывая электрическую цепь. В патроне предохранителя могут устанавливаться плавкие вставки на разные номинальные токи, но не более номинального тока патрона предохранителя.

      Плавкая вставка – медная или цинковая пластина, последовательно включенная в цепь и расплавляющаяся, когда ток в цепи становится выше допустимого. Плавкая вставка расплавляется тем быстрее, чем больше ток.                                                              Она имеет вид патрона с ножами на концах или круглыми наконечниками для укрепления в контактных стойках.

В резьбовых предохранителях плавкие вставки вкладываются в корпус с резьбой и при завинчивании укрепляются между контактами.

В настоящее время применяются предохранители с закрытым патроном и наполнителем внутри него. В предохранителях без наполнителя дуга гасится вследствие высокого давления в патроне или движении газов.

Патроны предохранителей могут быть разборными и неразборными.

Плавкие элементы изготавливаются обычно из меди и цинка, реже из свинца, для ответственных установок – из серебра с несколькими параллельными ветвями – для уменьшения объема расплавленного металла и увеличения быстродействия при коротких замыканиях, из листового материала и проволоки – при малых токах.

Распространенным наполнителем считается кварцевый песок SiO₂, который является инертным наполнителем, так как при горении дуги не выделяет газов. Применяется сухой кварцевый песок с содержанием SiO₂не менее 99%. Речной песок вследствие большого коэффициента расширения может вызвать взрыв патрона.

В качестве наполнителя может применяться также мел, который при малых токах работает лучше песка. Возникающая при плавлении вставки электрическая дуга соприкасается с мелкими зернами песка, интенсивно охлаждается, деонизируется и благодаря этому быстро гаснет. Предохранители насыпного типа выпускают на ток 600А. Иногда их снабжают индикаторами срабатывания.

Для защиты асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от токов перегрузки и короткого замыкания применяют инерционные предохранители. Для защиты силовых полупроводниковых элементов, не способных выдерживать большие токовые перегрузки, используют специальные быстродействующие предохранители.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя выбирают так, чтобы он не превышал номинальный ток защищаемой электроустановки.

КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Пример конструкции предохранителя со сменными плавкими вставками общего назначения без наполнителя приведен на рисунке 1. Такие предохранители изготовляются на напряжение до 500 В и токи до 1000 А. Гашение дуги у них происходит за счет высокого давления (до 10 МПа и более), возникающего вследствие газогенерации из стенок трубок при высокой температуре электрической дуги. Другая характерная конструкция предохранителей — резьбовая. Примером современной конструкции с наполнителем является приведенный на рисунке 2. предохранитель серии ПН-2. Предохранители серии ПН-2 предназначены для защиты силовых цепей до 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока, они выполняются на номинальные токи 100, 250, 400 и 630 А, обладают токоограничивающим действием и высокой разрывной способностью.

Рис. 1. Предохранители серии ПР-2: а — общий вид; б, в — патроны на номинальные токи 15—63 А и 100—1000 А; г — формы плавких вставок

1 - неподвижные контактные стойки; 2 - патрон; 3 - фибровая (газогенерирующая) трубка; 4 - плавкая вставка; 5 - латунная втулка; б - латунные колпачки (подвижный контакт); 7 - контактный нож

Рис. 2. Предохранители серии ПН-2: а — общий вид и детали; б — разрез

Корпус 1 (рис.2.) представляет собой глазурованную квадратную снаружи, круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя резьбовыми отверстиями с каждого торца. В трубку введен узел с плавкой вставкой 2, приваренной электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных выводов 3. Контактный узел с каждого торца трубки крепится к крышке 4 винтами. Крышки с асбестовыми прокладками 5 привинчиваются к корпусу и герметически закрывают его.

Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком 6, полностью охватывающим рабочую длину вставки. Применяется песок с содержанием кварца не менее 98 %, с диаметром зерен 0,2 - 0,3 мм, обработанный двухпроцентным раствором соляной кислоты, промытый и прокаленный при температуре 120-180 °С. Герметизация корпуса предохраняет песок от увлажнения.

Плавкая вставка выполняется из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15—0,35 мм и шириной до 4 мм с просечками 7, уменьшающими на длине не менее 6 мм сечение вставки в два раза. Применение тонких параллельных ленточек позволяет снизить сечение плавкой вставки для данного номинального тока, а следовательно, и количество паров металла в дуге. Последнее обстоятельство облегчает гашение дуги. Возникновение нескольких дуг в параллельных каналах позволяет участвовать в рассеянии энергии дуги большему объему наполнителя, чем также облегчается гашение дуги.

Для снижения нагрева предохранителя при малых перегрузках используется металлургический эффект. На каждую ленточку вставки напаивается оловянный шарик 8. Температура плавления металла ленточки в месте, где напаян оловянный шарик, достигает 475 °С. Превышение температуры деталей предохранителя находится в пределах нормы. Отключающая способность - от 50 кА для предохранителя на 100 А до 100 кА для предохранителя на 630 А.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ

Для защиты полупроводниковых преобразователей потребовалось создание специального класса предохранителей, так называемых быстродействующих (время до расплавления плавкого элемента и начала ограничения тока 2—3 мс), на напряжение до 2000 В и токи 2000—5000 А (в общепромышленных электротехнических установках номинальные напряжения не превышают 660 В, а номинальные токи практически равны 1000 А).

Рис. 3. Общий вид быстродействующего предохранителя.

Термическая стойкость электротехнического устройства определяется, интегралом Джоуля, а защитные свойства плавкого предохранителя при этом оцениваются фактическим значением I2! предохранителя, которое имеет место от момента наступления короткого замыкания (перегрузки) до момента отключения цепи и которое должно быть меньше допустимого для защищаемого объекта. По отношению к полупроводниковым приборам дело обстоит наоборот: так, тиристор типа Т171-320 на 320 А имеет интеграл Джоуля 2,5-105 А2-с, а у предохранителей типа ПН2-400 на 400 А он равен 3-106 А2-с.

Основными характеристиками быстродействующих предохранителей являются наибольшие интегралы Джоуля отключения, наибольший пропускаемый ток и преддуговое время.

Современные быстродействующие предохранители отечественного и зарубежного производства изготовляются в виде закрытых неразборных плавких вставок рисунок 3, устанавливаемых, как правило, непосредственно на проводниках комплектного устройства. Плавкая вставка размещена в керамическом корпусе 2 призматической формы, на котором винтами 4 с шурупной резьбой укрепляются выводы 1 плавкой вставки, герметизирующие прокладки 3 и торцевые крышки 5.

Плавкие элементы быстродействующих предохранителей обычно изготовляются из листовых материалов толщиной 0,05—0,2 мм в виде лент, в которых с помощью отверстий той или иной формы при штамповке образуются места ослабленного поперечного сечения — перешейки (рисунок 3а), а концы плавкого элемен­та соединяются с контактными выводами плавкой вставки обычно точечной сваркой. Чем больше перешейков, тем интенсивнее гашение дуги, так как суммарное падение напряжения на плавкой вставке в этот период пропорционально числу последовательно включенных дуг и тем больше на каждой дуге, чем меньше в ней ток, т. е. больше параллельно включенных перешейков (плавких вставок).

При работе плавкого предохранителя в режиме циклических нагрузок перешейки плавкого элемента испытывают большие знакопеременные механические воздействия (удлинение и укорочение). Для повышения срока службы предохранителя его плавкие элементы выполняют с изгибами, принимающими на себя температурные деформации (рисунок3б).

В качестве материала плавкого элемента обычно используется технически чистое серебро, которое более стойко к коррозии под воздействием температуры и имеет лучшую электропроводимость, чем, например, медь. Соединение его с медными выводами контактной сваркой не вызывает технологических трудностей. Ведутся работы по исследованию возможностей применения других материалов. Наиболее перспективным в этом отношении является стойкий к коррозии алюминий: образующаяся на его поверхности очень тонкая плотная оксидная пленка защищает основной металл от развития коррозии.

Различные бытовые предохранители в керамическом корпусе

Разрушающийся защитный элемент плавкого предохранителя или некоторую сменную конструкцию с этим элементом обычно называют вставкой. Сменная вставка заменяется на новую после её сгорания.

Плавкий предо­хра­ни­тель для мало­мощ­ных при­бо­ров

В электрической цепи плавкий предохранитель является слабым участком электрической цепи, сгорающим при превышении силой тока относительно номинального, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее развитие аварии.

Расчёт предохранителя ведётся с учётом тока короткого замыкания в конце линии, допустимого нагрева проводников, допустимого уменьшения напряжения (не более 4—5 %), а также с учётом специфики самого потребителя тока. Выделяемая от протекания электрического тока через проводники теплота должна рассеиваться в окружающую среду без чрезмерного повышения их температуры, не повреждая при этом каких-либо частей и/или составляющих проводящих частей электрооборудования.

Номинальный ток предохранителя выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение. При выборе параметра время-токовой характеристики также должны учитываться пусковые токи нагрузки.

Жучок

Иногда при отсутствии в наличии необходимого предохранителя, или с целью сознательного обхода защиты, используют токопроводящую перемычку между контактами предохранителя или контактами держателя предохранителя, называемую на жаргоне «жучок».

Однако следует иметь в виду, что такая «защита» гораздо менее надёжна, а повторное сгорание предохранителя свидетельствует о наличии более серьёзных неисправностях в электрической цепи, в частности, о коротком замыкании или выходе из строя силовых полупроводниковых ключей в импульсных блоках питания, пробое электролитических конденсаторов фильтров и др.

Неграмотная замена заводского предохранителя «жучком» может привести к увеличению максимально проходящего тока через цепь при коротких замыканиях или отказах и к выходу из строя проводников, более дорогих электрических компонентов в устройстве или к возгоранию сетевой проводки или устройства. Последнее часто является причиной пожаров.

Список литературы

1. В.М. Прошин. Электротехника. Учебник. М., Академия, 2014 г.

2. П. А. Бутырин.  Электротехника. Учебник. М., Академия, 2017 г.

3. Б.И. Иванов. Электромонтер по обслуживанию и ремонту электрооборудования. 3-издание Ростов ООО Феникс 2011г.

4. Ю.Д. Сибикин. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий-книга-2, М., Академия, 2010 г.