Короткое замыкание и защита короткого замыкания. Защита от короткого замыкания протяженных кабельных линий. Автомат защиты от короткого замыкания

> Плавкие предохранители.

> Электротепловые реле.

При эксплуатации электрооборудования и электрических сетей длительные перегрузки проводов и кабелей, а также короткие замы­кания вызывают повышение температуры токопроводящих жил свы­ше допустимых значений. Это приводит к преждевременному изна­шиванию их изоляции, вследствие чего может произойти пожар или взрыв во взрывоопасных помещениях, а также поражение людей электрическим током.

Например, замена вышерасположенного силового трансформатора с более высокой мощностью или более высокой эффективностью приведет к увеличению имеющегося тока короткого замыкания. Другим примером может быть замена электрических проводников на большие проводники или более эффективный канал шины. Более распространенным примером изменения доступных уровней тока неисправности является перемещение существующего оборудования в пределах установки в место с меньшим полным полным сопротивлением цепей. Любой из приведенных выше примеров может привести к более высокому уровню тока повреждения.

Для предохранения от чрезмерного нагрева проводов, кабелей и токопроводящих частей электрооборудования каждый участок элек­трической сети должен быть снабжен защитным аппаратом, обеспе­чивающим отключение аварийного участка при непредвиденном уве­личении токовой нагрузки сверхдлительно допустимой.


Аппаратом защиты называется аппарат, автоматически отклю­чающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режи­мах.

При проектировании объектов необходимо учитывать будущие изменения, которые могут увеличить текущий уровень отказа. Решения для решения этих проблем могут варьироваться в зависимости от подхода и затрат на внедрение. Все аспекты, которые влияют на имеющиеся уровни тока неисправности и характеристики оборудования, должны быть тщательно рассмотрены для каждого сайта и ситуации. Не следует думать, что конкретная методология будет одинаково хорошо работать во всех ситуациях. Однако могут быть применены определенные концепции, которые приводят к разработке стратегии определения спецификаций, которые обеспечат защиту сотрудников и оборудования с учетом ближайших и будущих потребностей.

К аппаратам защиты относятся: плавкие предохранители, авто­матические выключатели, тепловые и токовые реле.

Защита электродвигателей и электрической сети осуществляется от коротких замыканий (КЗ): однофазных, междуфаз­ных и перегрузки.

Защита от коротких замыканий выполняется обязательно для всех электродвигателей (электроприемников) и электрических сетей.

Для этого рекомендуется: Определите фактические уровни текущего тока повреждения. Это включает в себя ток повреждения, доступный в каждом месте, где установлено оборудование, и в различных точках электрической распределительной сети, таких как основные и распределительные щиты. Вероятно, эти типы оборудования имеют большую защиту от коротких замыканий, чем другое оборудование. Документацию следует рассматривать в виде спецификаций для поставщика, процедур, связанных с обслуживанием или управлением, которые могут повлиять на текущий уровень тока короткого замыкания для персонала компании.

Защита от перегрузки выполняется для электродвигателей продол­жительного режима работы, за исключением случаев, когда такая пере­грузка маловероятна (электродвигатели вентиляторов, насосов и т. д.).

Для электродвигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме, например, грузоподъемные механизмы, защита от перегрузки не выполняется.

Ярлыки, которые указывают на возможный ток повреждения и минимальные требования оборудования к короткому замыканию, включая оборудование вниз по течению. Следуйте нашей статье, чтобы узнать больше о термомагнитном автоматическом выключателе и устройстве защиты от перенапряжений.

Понять важность и функционирование защитных устройств для жилых электроустановок. Когда электрическая цепь подвергается чрезмерной нагрузке в течение длительного периода времени, происходит перегрев проводников, которые могут даже распространяться на соседние проводники. Аналогичным образом, короткое замыкание генерирует токовый пик, способный нагревать проводники намного быстрее.

Плавкие предохранители

Предохранитель - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под дей­ствием тока, превышающего определенное значение.

В плавких предохранителях отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекаю­щим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи не­обходимо заменить плавкую вставку исправной.

Во избежание износа или сжигания монтажных проводников все жилые цепи должны быть защищены термомагнитным выключателем, который отвечает за прерывание работы цепей, как только они имеют очень высокие пики тока или сигналы перегрева. Трехполюсный термомагнитный автоматический выключатель, используемый для защиты трехфазных цепей.

Защита от короткого замыкания связана с катушкой, установленной в этом автоматическом выключателе. При внезапном изменении электрического тока, характерного для ситуации короткого замыкания, мы также имеем сильное изменение магнитного поля. Если этого изменения достаточно, чтобы переместить железный сердечник выключателя, произойдет механическое нарушение цепи.

Предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь, а для создания видимого разрыва электрической цепи и безо­пасного обслуживания совместно с предохранителями применяются неавтоматические выключатели или рубильники.

Предохранители изготавливаются на напряжение переменного тока 42, 220, 380, 660 В и постоянного тока 24, 110, 220, 440 В.

Защита от перегрузки возможна благодаря второму механизму, состоящему из биметаллического привода. Этот привод состоит из двух металлических пластин в контакте, которые деформируют и открывают цепь в случае перегрева. С этой целью необходимо использовать один, способный обнаруживать утечки цепей, то есть различия между входящим током и током, выходящим из устройства.

Это различие означает, что часть тока, которая должна протекать через цепь, была отклонена от ее пути и обратно к устройству с отсутствием этой части. Это может произойти из-за поражения электрическим током или изоляции. Биполярный Остаточный дифференциальный переключатель, используемый для защиты от утечки.

Основными элементами предохранителя являются корпус, плав­кая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т. е. током, на который рассчитана плавкая вставка для дли­тельной работы. В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены сменные плавкие элементы на различные номинальные то­ки, поэтому сам предохранитель характеризуется номинальным током

Однако стоимость этого устройства значительно высока, и использование нескольких из них делает проект намного дороже. Помимо защиты от перегрузки по току и обнаружения потерь тока есть также устройства, которые специализируются на обнаружении резких изменений напряжения. Пики напряжения могут возникать при наличии ударов молнии во время очень сильных дождей и, как правило, наносят ущерб электронным устройствам дома.

Чтобы предотвратить сжигание такого оборудования, рекомендуется установить устройство защиты от перенапряжений, которое может ограничить перенапряжения и отправлять выбросы тока, возникающие, если атмосферный разряд входит в контакт с электрической сетью.


предохранителя (основания), который равен наибольшему из номи­нальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конст­рукции предохранителя. Например, предохранители серии ПН2 и ПР2 имеют сменные плавкие вставки. Так предохранитель серии ПН2-100 имеет корпус, рассчитанный на ток до 100 А и сменные плавкие вставки на токи 30, 40, 50, 60, 80, 100 А.

Устройство защиты от перенапряжений. Независимо от того, соблюдается ли безопасность человека или имущество, в нашей повседневной жизни необходимы защитные устройства для жилых электроустановок. Каждая электрическая система должна иметь защиту от высоких токов, которые могут повредить систему. Система защиты должна выдерживать рабочий ток защищаемой системы и действовать в случае высоких токов, которые могут вызвать разрушительные эффекты, такие как плавление изоляции кабелей, пожаров и т.д.

Кроме того, существуют другие меры защиты от перенапряжений, электрических разрядов, атмосферных разрядов. Элементами, ответственными за эту задачу, являются устройства защиты. Среди наиболее популярных устройств защиты - выключатели, предохранители, реле защиты и т.д.

Предохранители до 1 кВ изготавливаются на номинальные токи до 1000 А.

В нормальном режиме тепло, выделяемое током нагрузки в плавкой вставке, передается в окружающую среду, и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую. При пере­грузке или КЗ температура вставки увеличивается и она расплавляет­ся. Чем больше протекающий ток, тем меньше время плавления. За­висимость времени плавления плавкой вставки от величины тока (кратности тока срабатывания по отношению к номинальному току плавкой вставки) называется защитной (время - токовой) характери­стикой предохранителя (рис. 3.1.). При одном и том же токе время плавления плавкой вставки зависит от многих причин (материала вставки, состояния ее поверхности, условий охлаждения и т. д.). Что­бы уменьшить время срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из разного материала, специальной формы, а также используется металлургический эффект.

Предохранители, используемые в электрических средствах управления

Предохранители представляют собой устройства защиты от перегрузки по току, состоящие из нити или лезвия с низкой температурой плавления, которые последовательно размещаются с защищаемой цепью. В случае перегрузки по току в течение определенного времени нить накапливается путем отключения электропитания защищенной системы.

Устройства защиты двигателя должны выдерживать высокие пусковые токи, не теряя возможности действовать в случаях короткого замыкания. Эти устройства должны иметь специальную кривую отключения, при которой пусковой ток двигателя не вызывает разрыва во время его продолжительности, поэтому известны как запаздывающие предохранители.

Наиболее распространенными материалами плавких вставок яв­ляются медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.

Медные вставки подвержены окислению, их сечение со време­нем уменьшается и защитная характеристика предохранителя изменя­ется. Для уменьшения окисления обычно применяют луженые мед­ные вставки. Температура плавления меди 1080 °С, поэтому при токах, близких к минимальному току плавления, температура всех элементов предохранителя значительно возрастает.

В плавких предохранителях обнаружены две буквы, которые определяют тип защиты и тип оборудования, которое предохранитель защитит. Первая буква определяет диапазон прерываний или тип перегрузки по току, который вызывает его. Вторая буква определяет тип оборудования, защищаемого предохранителем.

Из знания нагрузки выбирается правильный тип предохранителя. Через кривую вы можете выбрать правильный предохранитель для рассматриваемого приложения. Кривая предохранителя связывает ток, с которым предохранитель открывает цепь с временем, которое требуется для открытия такого тока. Правильно рассчитанный предохранитель должен выдерживать пусковой ток к моменту запуска двигателя, не теряя возможности защитить систему в случае токов короткого замыкания.

Цинк и свинец имеют низкую температуру плавления (419 °С и 327 °С), что обеспечивает небольшой нагрев предохранителей в продолжительном режиме.

Цинк стоек к коррозии, поэтому сечение плавкой вставки не ме­няется во время эксплуатации, защитная характеристика остается по­стоянной. Цинк и свинец имеют большие удельные сопротивления, поэтому плавкие вставки оказываются большого сечения. Такие плав­кие вставки обычно применяются в предохранителях без наполните­лей. Предохранители со вставками из цинка и свинца имеют большие выдержки времени при перегрузках.

Рисунок 2 - Кривая семейства предохранителей. Нажмите на картинку для увеличения. Через пластину спецификации двигателя мы можем извлечь информацию о номинальном токе и соотношение между пусковым током и номинальным током. Может показаться, что предохранитель 15 А слишком велик для двигателя с номинальным током менее 5 А, но предохранитель не является единственным защитным устройством для двигателя. Токи перегрузки контролируются другими устройствами.

Кроме того, в случае любых пусковых выходов может случиться так, что в трех фазах не происходит совместного сжигания предохранителей, что может привести к возможному отказу двигателя из-за отсутствия фазы, что еще больше подчеркивает важность других защитных устройств.


Рис. 3.1. Время-токовая характеристика плавкого предохранителя

Серебряные вставки не окисляются, и их характеристики наибо­лее стабильны.

Алюминиевые вставки применяются в предохранителях в связи с дефицитом цветных металлов. Высокое сопротивление окисных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемно­го контакта. Алюминиевые вставки находят применение в новых кон­струкциях предохранителей серии ПП31.

Это означает, что ток плавкого предохранителя должен быть выше номинального тока не менее 20% и не должен превышать максимальный ток, установленный изготовителем подлежащего защите оборудования. Хотя дешевые предохранители имеют некоторые серьезные недостатки. Они генерируют сброс при срабатывании, что приводит к увеличению времени обслуживания. Кроме того, в трехфазной системе можно сжечь только один или два предохранителя, что может привести к повреждению двигателя из-за отсутствия фазы. Эффективной альтернативой является использование термомагнитных автоматических выключателей.

При больших токах плавкие вставки предохранителей выпол­няются из параллельных проволок или тонких медных полос.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зави­симость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 1.1) во всех точках шла немного ниже характеристики защищае­мой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 3.1). Однако ре­альная характеристика предохранителя (кривая 3) пересе­кает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предо­хранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. По­этому ток плавления вставки выбирается больше номи­нального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересека­ются. В области больших перегрузок (область Б) предо­хранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

В нормальной ситуации, т.е. при отсутствии перегрузки по току в цепи, ток поступает в верхнюю клемму, проходит через магнитную катушку, фиксированный контакт, мобильный контакт, биметалл, пока, наконец, не появится в нижнем контакте. Рисунок 3 - Внутренний вид термомагнитного выключателя.

Когда аномальные токи обнаруживаются автоматическим выключателем, механизмы защиты для обоих типов сверхтока должны запускаться автоматически. В случае перегрузки, которая является не более чем требованием схемы больше, чем она была разработана, чтобы противостоять, биметаллический триггер вступает в действие. Поскольку биметалл состоит из двух или более вытянутых металлов с различными коэффициентами расширения, когда высокий электрический ток нагревает проводники и, следовательно, выключатели, металлы подвергаются деформации.

При небольших перегрузках (l,5–2) I H 0 M нагрев предо­хранителя протекает медленно. Большая часть тепла отда­ется окружающей среде. Сложные условия теплоотдачи затрудняют расчет плавкой вставки.

Ток, при котором плавкая встав­ка сгорает при достижении ею уста­новившейся температуры, называет­ся пограничным током I ПОГР.

Эта деформация, изгибающая биметалл, запускает фиксированные и подвижные контакты автоматического выключателя и прерывает электрическую проводимость. Рисунок 4 - Биметаллические лопасти переключателя перегрузки. Поскольку защита от перегрузки автоматического выключателя осуществляется путем нагрева металлов биметаллического триггера, эту защиту можно также назвать тепловой защитой. Но автоматический выключатель не всегда должен разоружиться в ситуации перегрузки. Существуют некоторые виды временных перегрузок, которые считаются обыденными, для которых выключатели должны выдерживать, не стреляя.

Для ускорения плавления вставок из меди и серебра используется металлургический эффект - явление растворения тугоплавких металлов в расплавленных, менее тугоплавких. Если, например, на медную про­волоку диаметром 0,25 мм напаять шарик из оловянно-свинцового сплава с температурой плавления 182 °С, то при температуре проволоки 650 °С она расплавится в течение 4 мин, а при 350 °С - в течение 40 минут. Та же проволока без растворителя плавится при температуре не менее 1000 °С . Для создания металлургического эффекта на мед­ных и серебряных вставках применяют чистое олово, обладающее более стабильными свойствами. В нормальном режиме работы шарик практи­чески не влияет на температуру вставки.

Так обстоит дело, например, при запуске двигателя. Такая ситуация должна быть предусмотрена в электрической конструкции и учитываться при выборе выключателя. Хотя это перегрузка, потому что она преходяща, она должна быть терпимой. В отличие от этого, нельзя допускать короткое замыкание, что явно является проблемой, которую многие инженеры считают «самой серьезной из всех проблем», которая происходит при установке. Короткое замыкание представляет собой резкий рост тока за очень короткий период. Если он не прерывается вовремя, это может привести к перегреву проводников и противостоять огню.



Рис 3.2. Плавкий предохранитель серии ПР2: а - патрон; б - формы плавких вставок

Ускорение плавления вставки достигается также применением плавкой вставки специальной формы (рис. 3.2, б). При токах КЗ узкие участки нагреваются настолько быстро, что отвод тепла почти не происходит. Вставка перегорает одновременно в нескольких сужен­ных местах (сечение А - А и В - В, рис. 3.2, б) прежде, чем ток КЗ достигнет своего установившегося значения в цепи постоянного тока или ударного тока в цепи переменного тока (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Токоограничивающий эффект плавких вставок

предохранителей: а - при постоянном токе;

б - при переменном токе

Ток КЗ при этом ограничивается до значения i огр (в 2-5 раз). Та­кое явление называется токоограничивающим действием и улучшает условия дугогашения в предохранителях.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно осуществляться в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя.


Наибольший ток, который плавкий предохранитель может от­ключать без каких-либо повреждений или деформаций, называется предельным током отключения.

Предохранители получили широкое применение для защиты электродвигателей, электрооборудования, электрических сетей в про­мышленных, бытовых электроустановках и имеют различную конст­рукцию.

Плавкие предохранители наряду с простотой их устройства и малой стоимостью имеют ряд существенных недостатков:

Не могут защитить линию от перегрузки, так как допускают
длительную перегрузку до момента плавления;

Не всегда обеспечивают избирательную защиту в сети вслед­
ствие разброса их характеристик;

При коротком замыкании в трехфазной сети возможно сраба­
тывание одного из трех предохранителей и линия остается работать
на двух фазах.

В этом случае трехфазные электродвигатели, подключенные к сети, оказываются включенными на две фазы, а это приводит к пе­регреву обмоток электродвигателей и их выходу из строя.

Предохранители с закрытыми разборными корпусами (патрона­ми) без наполнителя серии ПР2 (рис. 3.2) изготавливаются на напря­жение 220 и 500 В и номинальные токи 100-1000 А. Патрон предо­хранителя ПР2 (рис. 3.2, а) на токи 100 А и выше состоит из толстостенной фибровой трубки 1, на которую плотно насажены ла­тунные втулки 3, имеющие мелкую резьбу. На трубки навинчиваются латунные колпачки 4, которые закрепляют плавкую вставку 2, при­винченную к ножам 6, до установки ее в патрон. В предохранителях этой серии предусмотрена шайба 5, имеющая паз для ножа и предот­вращающая поворот ножей.

Патрон вставляется в неподвижные контактные стойки, укреп­ленные на изоляционной плите. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пружинами.

Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезами. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких. При номинальном токе избыточное тепло благодаря тепло­проводности цинка передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру. При перегрузках нагрев узких участков происходит быстрее, и вставка плавится в самом горя­чем месте (сечение А - А, рис. 3.2, б).


При КЗ вставка плавится в узких сечениях А - А и В - В. Воз­никающая дуга вызывает образование газов (50 % СО 2 , 40 % Н 2 , 10 % паров Н 2 О), так как стенки патрона выполнены из газогенери-рующего материала - фибры. Давление в зависимости от отключае­мого тока может достигать 10 МПа и более, что обеспечивает быстрое гашение дуги и токоограничивающее действие предохранителя. Для уменьшения возникающего при отключении тока КЗ перенапряжения плавкая вставка имеет несколько суженных мест. При их поочеред­ном плавлении полная длина дугового промежутка вводится в цепь не сразу, а ступенями.

Предохранители насыпные серии ПН2 (рис. 3.4) широко приме­няются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В по­стоянного тока и выпускаются на номинальные токи 100-1000 А.


1 2

Рис. 3.4. Плавкий предохранитель серии ПН2

Фарфоровая, квадратная снаружи и круглая внутри, трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам контакт­ных ножей 3. Крышки с асбестовыми прокладками герметически за­крывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плав­кая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15-0,35 мм и шириной до 4 мм. На вставке сделаны про­рези 7, уменьшающие сечение вставки в 2 раза. Для снижения темпе­ратуры плавления вставки используется металлургический эффект -на полоски меди напаяны шарики олова 8, температура плавления в этом случае не превышает 475 °С, дуга возникает в нескольких па­раллельных каналах (в соответствии с числом вставок); это обеспечи­вает наименьшее количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные


предохранители, так же как предохранители серии ПР2, обладают то-коограничивающим свойством.

Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номиналь­ного напряжения предохранителя (из расчета 100-150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное на­пряжение, которых не превышает суммы катодных и анодных паде­ний напряжения .

Наполнителем в предохранителях серии ПН является чистый кварцевый песок (99 % SiO2). Вместо кварца может быть применен мел (СаСО3), иногда его смешивают с асбестовым волокном. При возникновении дуги мел разлагается с выделением углекислого газа СО 2 и СаО - тугоплавкого материала. Реакция происходит с погла-щением энергии, что способствует гашению дуги.

Предельный отключаемый ток предохранителей серии ПН2 дос­тигает 50 кА.

Насыпные предохранители серии НПН имеют неразборный стеклянный патрон без контактных ножей и рассчитаны на токи до 60 А.

Взамен предохранителей ПН2 разработаны предохранители серии ПП-31 с алюминиевыми вставками на номинальные токи 63-1000 А и имеющие предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В.

Предохранители серии ПП-17 изготавливаются на токи 500-1000 А, напряжение переменного тока 380 В и постоянного тока 220 В. Предель­ная отключающая способность предохранителей ПП-17 100-120 кА. Предохранитель состоит из плавкого элемента, помещенного в кера­мический корпус, заполненный кварцевым песком, указателя сраба­тывания и свободного контакта. При расплавлении плавкого элемента предохранителя перегорает плавкий элемент указателя срабатывания, освобождая введенный при сборке указателя боек, который переклю­чает свободный контакт, и замыкается цепь сигнализации срабатыва­ния предохранителя.

Для защиты полупроводниковых приборов разработаны быст­родействующие предохранители серии ПП-41, ПП-57, ПП-59, ПП-71. Эти предохранители выполняются с плавкими вставками из серебря­ной фольги в закрытых патронах с засыпкой кварцевым песком. Они рассчитаны на установку в цепях переменного тока напряжением


380-1250 В и постоянного тока 230-1050 В. Электротехническая промышленность изготавливает предохранители на номинальные то­ки 100-2000 А, предельные токи отключения до 200 кА. Эти предо­хранители обладают эффективным токоограничивающим действием.

В схемах управления станков, механизмов, машин, а также в системах электроснабжения жилых и общественных зданий широко применяются пробочные плавкие предохранители серии ПРС. Номи­нальный ток корпуса 6; 25; 63; 100 А.

Электротепловые реле

Для защиты электрических двигателей и другого электрообору­дования от длительных перегрузок широко распространены тепловые реле с биметаллическими элементами. Биметаллический элемент со­стоит из двух пластин с различным коэффициентом линейного рас­ширения (а) при нагревании. Пластины жестко скреплены друг с другом за счет проката в горячем состоянии, либо контактной свар­кой. В качестве материалов для термобиметаллических элементов применяются такие материалы, как инвар, имеющий малое значение а, и хромоникилевая (нержавеющая) сталь, имеющая большое значе­ние а.

Если биметаллический элемент закрепить с одной стороны не­подвижно и нагреть, то произойдет изгибание пластины в сторону ма­териала с меньшим коэффициентом линейного расширения а. Изги­баясь, биметаллическая пластина действует на защелку и при этом происходит переключение контактов реле. Тепловые реле могут иметь размыкающий или размыкающий и замыкающий контакты. В схемах управления и защиты электродвигателей используются за­мыкающие контакты реле, действующие на срабатывание сигнально­го устройства, или размыкающие контакты реле - на отключение электродвигателя от сети.

Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет тепла, выделяемого прохождением тока нагрузки в самой пластине или в специальном нагревательном элементе. Из-за инерционности теплового процесса тепловые реле, имеющие биметаллический эле­мент, непригодны для защиты цепей от токов коротких замыканий (КЗ). Нагревательные элементы в данном случае могут перегореть до срабатывания реле. Поэтому защита с помощью тепловых реле долж­на быть дополнена плавкими предохранителями или автоматически­ми выключателями.


Выпускаются тепловые реле однополюсные серии ТРП, двухпо­люсные - ТРН и трехполюсные серии РТЛ. В схемах электротехниче­ских устройств тепловые реле устанавливаются индивидуально или в комплекте с магнитными пускателями.

Электротепловые реле серии РТЛ (рис. 3.5) имеют трехполюс-ную конструкцию, т. е. тепловые биметаллические элементы установ­лены в трех фазах. Реле имеет следующие основные детали: термоби-металличесие элементы 1, установленные в каждой фазе, пружина-защелка 2 контактной системы 6 и 7, устройство самовозврата кон­тактов 3, кнопка ручного возврата подвижных контактов 4, регулятор уставок тока, неподвижные контакты 6 и подвижные контакты 7. Включение реле в исходное положение осуществляется кнопкой руч­ного возврата контактов 4.

Рис. 3.5. Электротепловое реле серии РТЛ

При перегрузке, когда ток электродвигателя увеличивается в 1,2-1,3 раза тока номинального уставки реле I ном. уст, термобиметал­лические элементы 1 нагреваются и, изгибаясь, воздействуют на пру­жину - защелку 2, которая освобождает устройство самовозврата кон­тактов 3. Происходит переключение контактов 6 и 7.

Электротепловые реле серии РТЛ выпускаются на различные токи уставки срабатывания в диапазоне от 0,1 до 200 А.


Устанавливаются в комплекте с магнитными пускателями серии ПМЛ и имеют выводы для присоединения к пускателю, обозначен­ные - 1Л1, 3Л2, 5Л3 и клеммные зажимы - 2С1, 4С2, 6С3 для под­ключения асинхронных электродвигателей.

Аппаратами защиты во внутренних сетях жилых зданий напряжением 380/220 В служат плавкие предохранители и автоматические воздушные выключатели. Силовые электроприемники, кроме них, защищаются от перегрузок (10.3)с помощью тепловых реле, встроенных в магнитные пускатели; Магнитные пускатели осуществляют при этом и защиту от самозапуска. Самозапуск применяется в жилых домах лишь в системах дымоудаления, что следует учитывать при расчете сетей и выборе аппаратов зашиты.

Следует иметь в виду, что главные контакты магнитных пускателей не рас­считаны на отключение токов короткого замыкания (10.2). Кроме того, тепловые реле большинства существующих конструкций магнитных пускателей сами нужда­ются в защите от коротких замыканий (10.1), так как при прохождении токов короткого замыкания (10.2)нагревательный элемент реле может перегореть быстрее, чем реле успеет отключить двигатель. Поэтому, при применении магнитных пускателей с тепловыми реле для зашиты от перегрузок (10.3),необходимо дополнительно устанавливать в этих цепях плавкие предохранители (10.4)или автоматические выключатели (10.5) для защиты от коротких замыканий(10.1).

Разрешено считать эти реле термически устойчивыми без проверки расчетом, если ответвление к электроприемнику защищено одним из следующих аппаратов: плавкой вставкой с номинальным током, не превышающим наибольший длительно допустимый ток теплового реле более чем в 4 раза; автоматическим выключателем (10.5) с тепловым расцепителем, номинальный ток которого не превышает наибольший длительно допустимый ток теплового реле более чем в 2 раза. Эти условия предопределяют число и единичную мощность электроприёмников, которые могут соединяться в «цепочку» с одним общим аппа­ратом защиты на ответвлении, но с индивидуальными аппаратами управления и защиты от перегрузок (10.3)для каждого электроприемника.

Плавкие предохранители (10.4) благодаря простому устройству и малой стои­мости получили большое распространение в сетях напряжением до 1 000 В, в том числе и в электрических сетях жилых зданий. Плавкие предохранители (10.4)и плавкие вставки характеризуются номинальным напряжением, номинальным током и предельно отключаемым током.

Номинальным напряжением плавкого предохранителя (10.4) называют напряжение, соответствующее наибольшему номинальному напряжению цепей, в которых разрешается установка данного предохранителя. Номинальным током плавкого предохранителя (10.4) называется наибольший ток, на который рассчитаны токоведущие части (патрон, контактные стойки), В один и тог же патрон могут быть вставлены плавкие вставки на различные номинальные токи.

Номинальный ток плавкого предохранителя (10.4) равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных к установке в данном предохранителе. Номинальным током плавкой вставки называется наибольший, ток, который плавкая вставка выдерживает неограниченно долгое время. Предельно отключаемый ток плавкого предохранителя (10.4) наибольший расплавляющий ток, при котором еще обеспечивается гашение дуги без повреждений патрона предохранителя.

В настоящее время применяются почти исключительно предохранители с закрытыми патронами как наиболее безопасные и имеющие высокую коммутационную способность.

Рассмотрим принцип действия наиболее распространенных плавких предохранителей (10.4) серий ПР2 и ПН-2.

Разборный предохранитель с фибровой трубкой серии ПР2 имеет патрон из толстостенной фибровой трубки на концы которой насажены латунные втулки, предохраняющие трубки от разрыва. Плавкие вставки кренятся винтами к ножам, которые в свою очередь закрепляются латунными обоймами, навинчиваемыми на втулки патрона. Патрон в сборе с плавкой вставкой вставляется в контакты, к которым присоединяются подходящие и обходящие проводники, Таким образом, предохранитель оказывается включенным последовательно в рассечку линии. При токе, превышающем определенную величину, плавкая вставка сильно нагревается, а затем расплавляется. Образуется мощная электрическая дута, температура внутри фибрового патрона резко возрастает. С появлением дуги с поверхности фибры происходит интенсивное выделение газов, давление внутри патрона сильно увеличивается, что способствует деионизации пространства и эффективному гашению дуги. Однако высокое давление, развиваемое в патроне, требует его особой прочности, что ограничивает коммутационную способность предохранителей данного типа. В этом отношении предо­хранители с фибровыми патронами сильно уступают предохранителям с наполнителями. Кроме того, они довольно дороги и требуют для изготовления дефицитных материалов и более громоздки, чем предохранители с наполнителями, рассмотренные ниже. Однако предохранители ПР2 имеют преимущество, состоящее в легкости замены плавкой вставки, тогда как в предохранителях с на­полнителями приходится заменять весь патрон.

В настоящее время наибольшее распространение получили предохранители серии ПН - 2 с защитными патронами, наполненными кварцевым песком. Внутри патрона располагается плавкая вставка, В таких «засыпных» предохранителях интенсивному дугогашению способствует разветвление дуги в тончайших промежутках между зернами песка. Обладая большой поверхностью, зерна наполнителя хорошо поглотают тепло и охлаждают выделяющиеся газы.

В результате резко снижается давление в патроне при испарении материала вставки. Деионизация и гашение дуги происходят настолько быстро, что при коротком замыкании ток не успевает достигнуть своего амплитудного значения. Поэтому подобные предохранители являются токоограничивающими. Так, например, предохранитель серии ПН-2 с патронами на 100 и 250А пропускает ток не более 5 кА.

Из распространенных типов предохранителей отметим засыпные предохранители серии НПН, выпускаемые на токи до 60 А. По принципу своего действия они аналогичны предохранителям серии ПН-2.. Для защиты квартирных групповых сетей еще широко применяются плавкие пробочные резьбовые предохранители типа Н-20.

Защитные характеристики предохранителей и автоматических выключателей.

Время расплавления плавкой вставки плавкого предохранителя (10.4) зависит от силы тока перегрузки (10.3) . Чем больше ток, тем быстрее, наступает расплавление плавкой вставки. Зависимость полного време­ни отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки и горения дуги) от отключаемого тока называют время токовой или защитной характеристикой.

На рис.(10.1) показаны защитные характеристики предохранителей серии ПН-2, на которых даны предельные величины наименьшего и наибольшего времени отключения при данном токе, т. е. так называемый разброс характеристики. Как видно из характеристик, время срабатывания при одном и том же токе может колебаться в значительных пределах (до ±50%), что зависит от производственных допусков, материала вставки, его старения, состояния контактных соединений, влияния окружающей среды и т. п.

Значительный разброс времена плавления вставок является серьезным недостатком плавких предохранителей (10.4) , затрудняющим селективную работу защиты. Рекомендуется для обеспечения избирательности работы предохранителей, чтобы каждая последующая в сторону источника питания плавкая вставка была на две ступени больше предыдущей, если это не приводит к увеличению сечения проводов. Разница не менее чем на одну ступень является обязательной во всех случаях. Для особо ответственных зданий выбор плавких вставок предохранителей должен производиться с учетом разброса по защитным характеристикам.

Преимущества автоматических выключателей (10.5) передплавкими предохранителями (10.4) сводятся к следующему.

1. При перегрузе (10.3) или коротком замыкании (10.1) автоматический выключатель (10.5)отключает все три фазы защищаемого ответвления к электродвигателю, предотвращая возможность его работы на двух фазах.

2. Автоматические выключатели (10.5)после срабатывания вскоре снова готовы к работе, в то время как в плавком предохранителе (10.4) требуется замена калиброванной вставки или даже патрона.

3. Автоматические выключатели (10.5)имеют более точные защитные характеристики, чем плавкие предохранители (10.4).

4. Автоматические выключатели (10.5), помимо функций защиты, могут быть использованы для нечастых коммутаций цепей, в которых они установлены. Таким образом, они со­вмещают функций защиты и коммутации.

5.Некоторые типы автоматических выключателей (10.5)имеют встроенные блок-контакты, используемые в цепях блокировки и сигнализации, а также независимые расцепители, позволяющие осуществлять дистанционное управление.

6. Автоматические выключатели (10.5)исключают возможность применения некалиброванных элементов, что, к сожалению, часто практикуется в установках с плавкими предохранителями

Наиболее часто применяемые автоматические выключатели (10.5)могут снабжаться тепловыми, электромагнитными или комбинированными расцепителями (последние представляют собой сочетание теплового и электромагнитного расцепителей). Время срабатывания тепловых расцепителей автоматических выключателей (10.5), так же как и плавких предохранителей (10.4), уменьшается с увеличением тока. т. е. они имеют обратно зависимую от тока характеристику. Электромагнитные расцепители срабатывают практически мгновенно при токе, на который они отрегулированы.

Расцепители характеризуются номинальным током, т.е. током, который они выдерживают неограниченно долго, что гарантируется заводом - изготовителем.

Наименьший ток, вызывающий отключение автоматического выключателя (10.5), называется током трогания или током срабатывания. Под уставкой расцепителя понимается настройка его на выбранное значение тока, при котором расцепитель срабатывает. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание называется отсечкой. Важно подчеркнуть, что номинальный ток автоматического выключателя (10.5)характеризует пропускную способность его контактных частей и соответствует но­минальному току его наибольшего теплового расцепителя.

Автоматические выключатели (10.5) разделяются на нерегулируемые и регулируемые. К первым относятся автоматические выключатели (10.5), уставки расцепителей которых отрегулированы на заводе-изготовителе и никаких приспособлений для регулировки в процессе монтажа и эксплуатации не имеют. К ним относятся серии АЗ-100, АЕ-1000, АЕ-2000, АК-63, АБ-25. Другая группа автоматических выключателей (10.5) снабжена приспособлениями для изменения тока установки путем воздействия на механическую систему автомата или на специальное устройст­во, изменяющее время срабатывания автомата (селективные автоматы). Из наи­более распространенных регулируемых автоматических выключателей (10.5)отметим автоматы серий АП50, А3700, АВ и АВМ.

Выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматов

С учетом указанных требований следует выбирать плавкие вставки плавких предохранителей(10.4) и расцепители автоматических выключателей (10.5) по соотношениям, приведенным в табл.(10.2), которые приняты на основании каталожных данных и время токовых характеристик защитных аппаратов.

При защите линий автоматическими выключателями (10.5), имеющими комби­нированные расцепители, (тепловые и электромагнитные), электромагнитные расцепители проверяются по выражению для I уС т.а.о. лишь при значительных кратностях пусковых токов 6 и более. Установка автоматических выключателей (10.5), имеющих только электромагнитные расцепители (отсечки), в сетях жилых зданий не рекоменду­ется.