МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ. В процессе эксплуатации электродвигатели и другие потребители электрической энергии, рассчитанные на нормальный режим работы

В процессе эксплуатации электродвигатели и другие потребители электрической энергии, рассчитанные на нормальный режим работы, могут оказаться перегруженными. Характер перегрузок бывает различный. Например, перегрузки электродвигателей могут быть связаны с увеличением нагрузки на рабочие машины и механизмы, приводимые в движение этими двигателями. В таких случаях двигатель будет продолжать работать, но его ток будет превышать допустимую величину, что приведет к перегреву. Если в данном случае двигатель не будет отключен от электрической сети, то его обмотки сгорят.

Перегрузки возникают также вследствие заклинивания рабочих органов или по другим причинам. Величина момента сопротивления из-за заклинивания рабочих органов превышает максимальный вращающий момент двигателя, и он останавливается. Такой режим работы называется режимом короткого замыкания. Причем, по обмоткам двигателя потечет ток, величина которого в несколько раз будет превышать номинальный, поэтому рабочая температура быстро превысит предельно допустимое значение. При температуре более 200 °С двигатель выходит из строя в течение нескольких минут из-за разрушения изоляционных материалов. Короткие замыкания могут возникнуть в силовых цепях и цепях управления, в питающей сети.

Нарушение нормального режима работы, длительная токовая перегрузка, короткое замыкание могут вывести из строя всю установку или вызвать перебои в работе отдельных цепей электроустановки. Для предотвращения таких аварийных ситуаций требуется защитное устройство для своевременного отключения установки от источника питания.

В установках низкого напряжения для защиты электроустановок применяют предохранители, тепловые реле и автоматические выключатели с тепловыми, электромагнитными или комбинированными расцепителями. Их включают непосредственно в цепь защищаемого элемента (провода, аппарата, оборудования и пр.), и всякие отклонения в его работе, вызывающие увеличение тока, сопровождаются первоочередным расплавлением плавкой вставки, что и отключает неисправный элемент от питающей сети.

Плавкий предохранитель состоит из двух основных частей: корпуса (патрона) и плавкой вставки. Плавкая вставка изготавливается из металлического круглого провода или плоской пластины с вырезами. В качестве материала используются медь, свинец, цинк и др. Промышленность выпускает несколько типов плавких предохранителей, отличающихся своими параметрами и конструкцией.

Различают номинальный ток предохранителя и плавкой вставки. Под первым понимают ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части предохранителя, а под вторым – ток, на который рассчитана сама плавкая вставка. В предохранитель с определенным номинальным током могут быть встроены плавкие вставки на различные токи. Основной характеристикой плавкой вставки является зависимость времени перегорания от тока (рис.1).

Р и с. 1. Зависимость времени перегорания плавкой вставки от силы тока

Эта кривая снимается экспериментально. На ней особо выделяются следующие токи, которые используются для выбора плавких вставок:

− наименьший из токов, расплавляющих вставку [при этом токе вставка еще плавится, но в течение неопределенной продолжительности времени (1 − 2 ч.); при меньших токах вставка уже не расплавляется];

− ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10 с после установления тока;

− номинальный ток вставки.

Токи связаны простым соотношением

.

Номинальный ток плавкой вставки можно определить и по следующей эмпирической формуле:

, (1)

где d − диаметр проволоки, мм;

k − коэффициент, зависящий от материала плавкой вставки (для меди k = 80, свинца k = 10,8, железа k = 24,5).

Минимальный ток определяют из приближенного соотношения:

.

Защитные характеристики предохранителей не стабильны – вследствие старения контактов и других причин время срабатывания может быть различным при одном и том же токе. Вставку калибруют так, чтобы она перегорела только при токе, превышающем номинальный больше, чем на 30…60 %. Когда ток превышает номинальный в 10 раз и более, вставка расплавляется за десятые и сотые доли секунды. Таким образом, плавкие предохранители хорошо защищают цепи при коротких замыканиях.

Предохранители выбирают в соответствии с номинальным током плавкой вставки. Если при включении нагрузки не возникает токов, превышающих рабочий ток потребителей , то вставка выбирается из условия:

.

При выборе вставки для защиты асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором необходимо учитывать пусковой ток:

, (2)

где − пусковой ток электродвигателя, А;

− коэффициент, зависящий от длительности пуска.

При нормальном пуске (время пуска не превышает 10 с) = 2,5, при тяжелом (время пуска более 10 с) = 1,6 ¸ 2.

В результате номинальный ток плавкой вставки в 2 − 2,5 раза превышает величину номинального тока двигателя. В таких условиях плавкие вставки могут длительно выдерживать нагрузку до 160 % от номинальной, однако при такой перегрузке обмотки защищаемого электродвигателя могут выйти из строя. Следовательно, предохранители не являются средством защиты от перегрузок. Они защищают только от длительного воздействия токов короткого замыкания. Поэтому для защиты потребителей от небольших, но длительных перегрузок применяют другую аппаратуру защиты – тепловые реле и автоматические выключатели.