§ 8. АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ, ВИДЫ ЗАЩИТ
Аппаратами защиты называют устройства, которые автоматически отключают участки электрической цепи в случаях нарушения нормального режима работы, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала и сохранность электрооборудования и электрических сетей.
Основными видами защит являются: максимально-токовая, от недопустимых токовых перегрузок, минимальная и нулевая, тепловая, от опасных токов утечки на землю, от потеря управляемости, от частых включений контакторов и т. д.
Максимально-токовая защита. Предназначена для защиты от т. к. з. и недопустимых токовых перегрузок. Для этой цели используют плавкие предохранители и реле максимального тока.
Плавкие предохранители выпускают пробочного и трубчатого типов. Первые в основном применяют для защиты осветительных сетей с токами до 60 А, вторые — для защиты электродвигателей и силовых цепей. Трубчатые предохранители выпускают на ток до 1000 А. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, которое гасит дугу, возникающую после плавления вставкиJТрубчатые предохранители изготовляют для применения на поверхности с кварцевым заполнителем неразборные типа НПН и разборные типа ПН.
В шахтной аппаратуре применяют предохранители ПР с закрытыми разборными патронами без заполнителя. Такой предохранитель (рис. 27) состоит из фибровой трубки 1 повышенной механической прочности с концевыми латунными обоймами 3, на которые навернуты колпачки 4. Внутри трубки вставлена плавкая штампованная цинковая вставка 2, связанная с выводными зажимами 6 болтовым соединением и удерживаемая внутри трубки в фиксированном положении двумя пластинами 5. Выводные зажимы соединены гайками с токоведущим болтом, к которому подводится питание гибкими проводами в изоляционной оплетке. Вставка в зависимости от напряжения имеет до четырех узких участков, которые облегчают ее плавление. Электрическая дуга при сгорании плавкой вставки не выходит за пределы трубки.
Puc. 27. Плавкий предохранитель ПР
Рис. 28. Реле максимального тока
Диаметр трубки (патрона) меняется в зависимости от величины номинального тока, а длина предохранителя по оси зависит от величины напряжения (при меньшей длине — меньшая отключающая способность). Время плавления зависит от величины протекающего тока. Так, при токе плавления в 4 раза большем номинального тока плавкой вставки время плавления составляет 2,5 с, а если ток плавления больше номинального в 1,6 раза, то время плавления составит 1 ч. Отсюда видно, что плавкие предохранители не обеспечивают защиту электродвигателей от перегрузки. При перегрузке в 1,5 раза двигатель перегревается в течение 2 мин.
Достоинства плавких предохранителей: простота, дешевизна, надежность защиты при к. з. Недостатки: отсутствие реакции на незначительные, но вредные для электродвигателей перегрузки, Невозможность отключения всех трех фаз; трудность регулировки ®Ери изменении режимов работы двигателей. Номинальные токи Плавких вставок предохранителей приведены в табл. 21; порядок выбора плавких предохранителей изложен в § 3 главы VIII.
Реле максимального тока служат для мгновенного отключения цепей. Такое реле (рис. 28) имеет катушку 1, насаженную на неподвижный сердечник 8, соединенный с подвижным якорем 2, который механически связан с бойком 3 и регулировочной пружиной 4. К нижней части сердечника прикреплена градуированная шкала токовых уставок 6 с указателем 5. При токе в катушке 1, превышающем значение тока на шкале, якорь мгновенно притягивается к сердечнику, преодолевая натяжение пружины, и боек воздействует на отключающий механизм аппарата. Такого типа реле, установленные на воздушных выключателях, называют максимальными расцепителями. Для проверки их работоспособности на сердечник насаживают контрольную катушку 7, включаемую в сеть параллельно через выключатель. Перед проверкой снимают напряжение с аппарата, ставят указатель шкалы в соответствии с номинальным напряжением силовой цепи, включают аппарат, а затем выключатель контрольной катушки. При этом должно произойти моментальное отключение аппарата от сети.
У реле максимального тока, встроенных в магнитные пускатели, якорь связан с контактами, которые при срабатывании реле разрывают цепь питания контакторной катушки.
Достоинства реле максимального тока: одновременное отключение, всех трех фаз и относительно малый промежуток времени на повторное включение или регулировку токовых уставок. Недостатки: непосредственное включение катушки в разрыв силовой цепи, большой разрыв между делениями шкалы токовых уставок, что снижает точность установки уставки. Этот же недостаток· может возникать из-за деформации пружины в процессе работы.
Данные недостатки устранены в унифицированной максимальной защите УМЭ, которую встраивают в магнитные пускатели. Защита УМЗ состоит из двух одинаковых цепей (см. рис. 22), содержащих трансформаторы тока ТТ1 и 7Т2, шунтирующие резисторы R1 и R2, переменные резисторы Щ1, JR3, проверочные резисторы 1R2, 1R4, тумблеры 1Пк.1,1Пк2, выпрямительные мосты I ВМ1, 1Вм2 и исполнительные реле РМ, контакт РМ1 которых замыкает цепь сигнальной лампы ЛК, а Рм2 размыкает цепь управления контакторной катушки КЛ.
При возникновении к. з. ток вторичных обмоток трансформаторов тока создает на шунтирующих резисторах напряжение, которое выпрямляется и поступает на исполнительное реле. Реле срабатывает, размыкает свой контакт Рм2 в цепи контакторной катушки и замыкает контакт РМ1 в цепи сигнализации. Исполнительные реле включены в цепь как реле напряжения. Особенность защиты состоит в том, что параметры катушек реле и шунтирующих резисторов выбраны такими, чтобы во время пуска двигателей несмотря на наличие больших пусковых токов срабатывания реле не происходило, так как магнитный поток в сердечнике реле не достигает потока трогания реле. Общее время срабатывания защиты без учета горения дуги не превышает 0,1 с. Регулировка токовых уставок производится при помощи переменных резисторов по шкале, разбитой на 11 относительных единиц, что позволяет производить более точную плавную настройку защиты.
Нулевая и минимальная защиты.
Назначение нулевой защиты состоит в том, чтобы при снятии напряжения и повторной его подаче не произошло самопроизвольного включения электрооборудования. Назначение минимальной защиты состоит в отключении электроустановки при снижении номинального напряжения ниже допустимых пределов, например, на 30—40% ниже нормы.
Для этого вида защиты нашли применение реле электромагнитного типа, похожие по устройству на реле максимального тока. Отличие состоит в том·, что у реле данного типа якорь при нормальном напряжении всегда притянут к сердечнику, а при снижении напряжения или полном его отсутствии отходит от сердечника, воздействуя на защелку механизма свободного расцепления или разрывая контакты в цепи управления аппаратом.
В магнитных пускателях роль нулевой защиты выполняет контакторная катушка, а минимальной защиты — катушка промежуточного реле пускателя.
Тепловая защита.
Данный вид защиты необходим при незначительных, но длительных токовых перегрузках, которые нарушают изоляцию обмоток и способствуют выходу двигателей из строя. Основу защиты составляют температурные и тепловые реле, которые могут быть встроены в пускозащитную аппаратуру или непосредственно в электродвигатели, что является более надежной защитой.
В магнитные пускатели серии ΓΙΜΕ встраивают тепловые реле серии ТРН, в пускатели серии ПА — реле серий ТРН и ТРП. Основу тепловых реле составляет биметаллическая пластина, т. е. пластина из двух разнородных металлов, жестко скрепленных между собой за счет проката в горячем состоянии или за счет? сварки. Для этого в тепловых реле применяют материалы: инвар с малым значением температурного коэффициента расширения и немагнитную или хромоникелевую сталь е большим температурным коэффициентом расширения. При нагреве за счет различного теплового расширения металлов пластина изгибается (один ее конец закреплен жестко, второй свободно) и свободным концом воздействует на контактную систему.
Нагрев может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Однако для лучшей работы внутри или снаружи биметаллической пластины помещают специальный нагреватель из нихрома, по которому также протекает ток нагрузки.
. Самовозврат реле осуществляется пружиной после остывания биметалла или вручную рычагом с кнопкой (ускоренный возврат).
В шахтные асинхронные электродвигатели для защиты от опасного перегрева, связанного с перегрузками производственного характера, обрывом фазы, ухудшением охлаждения, встраивают дифференциальные температурные реле ДТР-ЗМ, которые осуществляют защиту двигателей любой мощности и с любым классом изоляции. Принцип действия реле основан на реакции на абсолютную температуру и скорость нарастания температуры в обмотке двигателя.
Рис. 29. Температурное реле ДТР-ЗМ
Реле (рис. 29) состоит из контактной группы 7, 6 и термобиметаллических пластин 4 и 5, изгибающихся в одну сторону и размещенных в термоизоляционном корпусе 1, закрытом медной крышкой 2, которая служит также для передачи тепла к теплочувствительным элементам. Выводными концами пластин 5 и 6 термореле включается в цепь управления магнитным пускателем или в схему сигнализации перегрева обмотки двигателя. Уставка срабатывания регулируется винтом 9, а скорость изменения температуры — винтом 3, При нагреве обмотки статора до температуры уставки срабатывания контакты реле размыкаются, электродвигатель отключается от сети или срабатывает сигнализация. Масса реле около 8 г.
Защита от потери управляемости.
Назначение этой защиты состоит в блокировке подачи рабочего тока на включающую систему электроаппаратов при обрыве или замыкании проводов дистанционного управления между собой и с заземляющей жилой. Роль защиты выполняет полупроводниковый диод, встраиваемый в цепь управления (см. рис. 21, 22). Промежуточные реле РП магнитных пускателей работают на постоянном (выпрямленном) токе и на переменный ток не реагируют. Если диод Д исключить из цепи, то реле РП не включается и не может включиться контакторная катушка пускателя.
Описание принципа действия защиты от частых включений контакторов и работы блокировочного реле утечки рассмотрены в 5 данной главы, а принцип действия, конструкция аппаратов и схема электрических соединений защиты от однофазных утечек тока на землю описаны в главе XI.
