Тепловая защита электроустановок

Провода электрических линий и электротехнические устройства должны быть защищены от превышения температуры при коротких замыканиях и длительных перегрузках. Коротким замыканием принято называть всякое ненормальное соединение через элементы с малым сопротивлением между провода­ми или другими токоведущими частями цепи. Причиной короткого замыкания может быть случайное соединение неизолированных токоведущих частей между собой (например, соединение двух проводов воздушной линии) или повреждение изоляции вследствие старения, износа, пробоя. При коротком замыкании резко увеличивается ток, тепловое действие которого может вызвать раз­рушение изоляции и пожар. Вместе с тем часто возникают опасные электродинамические силы взаимодействия между проводами и силь­ное уменьшение напряжения в сети. Следствием последнего являются снижение частоты вращения и даже остановка электродвигателей.

Простейшим способом отключения аварийных участков является ис­пользование теплового действия токов короткого замыкания в прибо­рах защиты: предохранителе с плавкой вставкой, пробочном и трубча­том предохранителях. В предохранителе первого типа отключающим элементом служит плавкая вставка - сменяемая часть предохранителя, плавящаяся при увеличении тока в защищаемой цепи свыше определен­ного значения. Чтобы получить такую сниженную термическую стойкость, нужно увеличить сопротивление вставки, для чего ее изготовляют из материала с высо­ким удельным сопротивлением (например, сплава олова и свинца) или из хорошо проводящего металла (например, серебра, меди), но с малой площадью поперечного сечения.

Плавление вставки не должно сопровождаться возникновением дуги в предохранителе вдоль размыкаемого участка. Длина плавкой вставки должна быть выбрана с учетом напряжения питания. Поэтому на предохранителях кроме номинального тока, указывается также и номинальное напряжение.

Существует большое многообразие конструкций предохранителей с плавкой вставкой. Для напряжений до 250 В и токов примерно до 60 А широко применяются пробочные предохранители (рисунок 6.1). Пробочный предохранитель состоит из основания 1, в которое вверты­вается сменяемая при перегорании вставка 2, опирающаяся на неподвижный контакт 4. Пробка из­готовляется из керамического материала и снабжается двумя метал­лическими контактами, между которыми припаивается плавкая про­волока 3.

Рисунок 6.1

Пробочные предохранители обычно устанавливаются на групповых щитках. От этих щитков линии расходятся в отдельные квартиры или комнаты, части здания. На щитке все провода каждой ли­нии должны быть защищены отдельными предохранителями (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2

Для защиты от коротких замыканий линий высокого напряжения применяются трубчатые предохранители различных конструкций (рисунок 6.3), в которых плавящаяся проволока помещена в фарфоровую трубку и имеет значительную длину.

Рисунок 6.3

Трубка не дает разбрызгиваться расплавленному металлу, а электрическая дуга, образующаяся при плавлении проволоки внутри трубки, быстро разрывается благодаря тяге воздуха в трубке.

Номинальные токи предохранителей следует выбирать наименьшими по расчетным токам нагрузки соответствующих участков сети. При этом вставка не должна плавиться при кратковременных перегрузках, пусковых токах электродвигателей.

Для защиты электротехнических установок от длительных перегру­зок используются тепловые реле на основе биметаллических элементов, представляющих собой две механически скрепленные пластины из металлов с различными температурными коэффициентами расшире­ния. На рисунке 6.4 показана принципиальная схема устройства теплового реле. Нагреватель 2, включенный в защищаемую цепь, своим теплом воздействует на биметаллический элемент 1.

Рисунок 6.4

При перегрузке в защищае­мой цепи обе пластины биметаллического элемента, нагреваясь, удли­няются. Но одна из них удлиняется больше, вследствие чего биметалли­ческая пластина изгибается вверх и выходит из зацепления с защел­кой 3. Защёлка под действием пружины 4 поворачивается вокруг оси 5 по направлению движения часовой стрелки и посредством тя­ги б размыкает контакты 7, отключая перегруженную сеть.

Однако тепловое реле из-за значительной тепловой инерции не обес­печивает защиту от токов короткого замыкания. Поэтому дополнитель­но к тепловому реле необходим предохранитель с плавкой вставкой.