 |
Тепловая защита электроустановок
|
|
|
|
Общие сведения
Для управления электротехническими устройствами необходимо большое число различных аппаратов. В зависимости от назначения их можно разделить на две основные группы: коммутационные аппараты (высоковольтные выключатели, разъединители, контакторы) и защитные аппараты (автоматические воздушные выключатели, плавкие предохранители, различные реле и разрядники для защиты от перенапряжений).
Все эти аппараты в местах установки соединяются по определенным схемам неизолированными шинами, укрепленными на изоляторах, или силовыми кабелями. В большинстве случаев применяются алюминиевые шины, а стальные - только в установках с токами не выше 200 А.
Алюминиевые шины могут быть однополосными и многополосными прямоугольного сечения. Для больших переменных токов часто устанавливаются шины коробчатого сечения. Их преимущества - механическая прочность и простота монтажных работ. Шины укрепляются на опорных изоляторах. На прямолинейных участках проводки, в промежутках между креплениями шип к изоляторам, предусматриваются специальные устройства, обеспечивающие свободное удлинение шин при нагревании (шинные компенсаторы).
В трехфазных системах в соответствии с последовательностью фаз шины должны быть окрашены в следующие цвета: фаза А - желтый, фаза В - зеленый и фаза С - красный, а нейтральные шины при изолированной нейтрали - в белый, при заземленной нейтрали - в черный. При постоянном токе положительная шина - красная, отрицательная - синяя, а нейтраль - белая.
Для надежной работы электрических аппаратов весьма важны условия осуществления контактов. Условия контактов могут быть жесткими (неразъемными), например присоединения к выводам машины или аппарата, скользящими между неподвижными и подвижными токоведущими частями, коммутационными - в отключающих аппаратах.
|
|
|
Отключение электрической цепи обычно не может быть мгновенным. При разрыве цепи тока неизбежно возникновение большей или меньшей э.д.с. самоиндукции, под действием этой э.д.с. совместно с напряжением сети промежуток между расходящимися контактами пробивается и возникает электрическая дуга. Высокая температура последней может вызвать быстрое разрушение или сваривание контактов. Особенно опасно действие дуги в аппаратах высокого напряжения при отключениях токов короткого замыкания.
Отключение цепей переменного тока существенно упрощается, так как переменный ток периодически проходит через нулевое значение, что приводит к гашению дуги. Значительно труднее отключение цепей постоянного тока высокого напряжения. Выключатели для этого тока должны быть рассчитаны на поглощение весьма значительной энергии, выделяющейся при длительном горении дуги постоянного тока.
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.
|
|
|
