Защитные устройства от токов короткого замыкания
Основные сведения
Защитные устройства электроприводов ГПМ
Для предотвращения работы оборудования в ненормальных и аварийных режимах применяют следующие виды защитных устройств:
1. от токов короткого замыкания;
2. от токов перегрузки;
3. грузовые;
4. по снижению напряжения (минимальная).
Основными причинами возникновения токов короткого замыкания являются:
1. межвитковое замыкание в обмотке статора асинхронного двигателя;
2. пробой на корпус в двух местах обмотки статора, при котором часть витков
обмотки статора закорачивается через корпус (что равнозначно межвитковому замы-
канию, только через корпус).
При коротком замыкании образуется замкнутая цепь короткого замыкания, со-
стоящая из последовательно соединенных источника питания (обмотки статора син-
хронного генератора), линии электропередачи (кабеля) и приемника электроэнергии (обмотки статора асинхронного двигателя).
В этой замкнутой цепи ток короткого замыкания в десятки раз превышает но-
минальный, что вызывает выделение большого количества тепла в соответствии с зако
ном Джоуля-Ленца Q = I2 Rt (Q – количество тепла, Дж; I – ток короткого замыкания; R – сопротивление участка цепи короткого замыкания, например, сопротивление об
мотки статора асинхронного двигателя; t – время протекания тока короткого замыкания). В результате может мгновенно сгореть любой из трех участков цепи короткого замыкания – обмотка статора синхронного генератора, линия электропередачи (кабель) или обмотка статора асинхронного электродвигателя).
Отсюда следует, что защитные устройства от токов короткого замыкания долж-
ны срабатывать мгновенно.
В качестве защитных устройств от токов короткого замыкания используют:
1. в силовых цепях - автоматические выключатели и реле максимального тока;
2. в цепях управления - автоматические выключатели и плавкие предохранители.
Причиной перегрузки может быть неисправность механизма, тормоза или ис-
пользование другого эксплуатационного режима.
Что считать током короткого замыкания и током перегрузки? Ясно, каждый из этих токов больше номинального. Но во сколько раз?
На этот вопрос четкого ответа теория электропривода не дает. Однако, основы-
ваясь на справочных данных выпускаемых промышленностью защитных устройств от токов перегрузки (см. ниже), можно принять, что ток перегрузки – это ток, больший номинального, но не превышающий номинальный более чем в два раза.
Ток, больший номинального более чем в два раза – это ток короткого замыка-
ния.
В качестве защитных устройств от токов перегрузки используют:
1. тепловые токовые реле, чувствительным элементом которых являются биметаллические пластины;
2. тепловые температурные реле, чувствительным элементом которых являются полупроводниковые приборы – терморезисторы, сопротивление которых зависит от температуры.
Эти приборы встраивают в лобовые части обмоток статора асинхронных двигателей непосредственно на заводе-изготовителе электродвигателей.
3. электромагнитные токовые реле.
Следует заметить, что тепловые реле обладают тепловой инерцией,которая объ-
ясняется тем, что для нагрева биметаллической пластины или терморезистора необхо-
димо определенное время (от нескольких десятков секунд до нескольких минут, в зависимости от типа теплового реле).
Отсюда следует, что тепловые реле нельзя применять для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания.
Электромагнитные токовые реле срабатывают мгновенно. Их обычно применя-
ют в качестве т.н. грузовых реле, которые при срабатывании переводят электродви-
гатель на ближайшую меньшую скорость.