Аппараты защиты электроустановок предназначены для предотвращения или ограничения аварий, возникающих в результате нарушения нормальных режимов работы электрооборудования.
Наиболее широкое применение в качестве защитных аппаратов получили предохранители с плавкими вставками, реле, разрядники.
Предохранители.
Предохранители представляют собой защитные аппараты, обеспечивающие разрыв электрической цепи в аварийном режиме путем расплавления плавкой вставки.
Сильный нагрев предохранителя разрушает его изоляционные части и затрудняет гашение дуги. Поэтому стремятся снизить температуру плавления вставки. Для этого обычно используют металлургический эффект.
Металлургический эффект заключается в растворении тугоплавких металлов (серебра, меди) в расплаве некоторых легкоплавких (свинец, олово). Для использования металлургического эффекта на металлическую нить из тугоплавкого материала (вставку) наносят шарик легкоплавкого металла. При расплавлении шарика происходит диффузия частиц его металла в материал вставки, отчего температура плавления последнего снижается. Происходит расплавление вставки в объеме шарика, возникает дуга, и вставка разрушается. Применение олова на меди дает снижение температуры плавления вставки с 1083 до 280° С.
Рис. 115. Плавкие предохранители напряжением до 1 кВ:
а — ПР-2, б — ПН-2; 1 — дугогасительный патрон, 2 — медная вставка, 3 — наконечник, 4 —контактный колпак, 5 — фиксирующая шайба, 6 — контактный нож, 7 — крышка, 8 — асбестовая прокладка, 9 — диск, 10 — сухой кварцевый песок, 11 — участок уменьшенного поперечного сечения, 12 — оловянный шарик
Рис. 116. Плавкие предохранители напряжением выше 1 кВ:
а — серии ПК, б — стреляющие ПСН; 1 — керамический каркас, 2 — легкоплавкий шарик, 3 — крышка, 4 — контактный колпак, 5 — патрон, 6 — медная вставка, 7 — кварцевый песок, 8 —удерживающая вставка, 9 — указатель срабатывания, 10 — стальной стакан, 11 — гибкий проводник, 12 — наконечник
Предохранители находят применение как при напряжении до 660 В, так и при напряжениях 6—35 кВ. Наиболее широкое распространение получили предохранители напряжением до 1 кВ типов ПР-2, ПН-2, ПНБ, ПРС и предохранители напряжением выше 1 кВ типов ПК, ПКТ, ПСН (рис. 115 и 116).
Тепловые реле.
Тепловые реле служат для защиты электроприемников от перегрузок. Основой их конструкции является биметаллический элемент, нагреваемый пропорционально контролируемому току. Элемент представляет собой две сваренные между собой пластины из разных металлов с резко отличающимися температурными коэффициентами расширения. При одинаковой температуре нагрева пластины удлиняются различно, что приводит к изгибу элемента в сторону пластины с меньшим коэффициентом расширения. Биметаллический элемент может быть нагрет наружным нагревателем или за счет тепловых потерь в самом элементе. В обоих случаях количество тепла пропорционально контролируемому току нагрузки. Лучшие результаты достигаются при использовании обоих способов нагрева: ток нагрузки (или известная часть его) протекает как по элементу, так и по наружному нагревателю.
Реле срабатывает, если ток перегрузки равен току уставки реле (или больше него). При этом свободный конец биметаллического элемента, прогибаясь, воздействует на моментный механизм переключения контактов, вызывая изменение их состояния. Этот механизм всегда необходим, так как процесс нагрева элемента протекает медленно из-за тепловой инерции. С увеличением тока время срабатывания реле уменьшается.
Тепловое реле не защищает цепь от короткого замыкания и само должно быть защищено от него. При коротком замыкании элемент нагревается без отдачи тепла в окружающую среду. Во многих случаях это может привести к тому, что он будет поврежден до того, как успеет воздействовать на контактную систему.
Рис. 117. Тепловое реле ТРП:
1 — контактное коромысло, 2 — контактная пружина, 3 — свободный конец биметаллического элемента, 4 — кнопка возврата контактов, 5 — указатель регулятора уставок, 6 — наружный нагреватель, 7 — контактный зажим главной цепи, 8 — контактный зажим цепи управления, 9 — механизм регулирования уставки, 10 — контакты, 11 — шкала уставок Устройство однофазного теплового реле ТРП показано на рис. 117. При нагреве U-образного биметаллического элемента его свободный конец 3, перемещаясь, уменьшает наклон пружины 2, которая удерживает в равновесии контактное коромысло 1. Когда пружина наклонится в противоположную сторону, равновесие коромысла нарушится. Оно резко повернется по часовой стрелке и разомкнет контакты. Реле имеет устройство плавной регулировки тока срабатывания в пределах ±25% номинального тока. Устройство действует путем изменения исходного положения биметаллического элемента. Промышленностью выпускаются однофазные реле ТРП и двухфазные реле ТРН. Оба типа реле широко используются комплекте с пускателями и контакторами.
