Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 17 из 32)

4.11 ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

Перегрузки, неисправности и замыкание в электрических схемах приводят к возникновению тока, превышающего допустимые значения. Ток, возникающий при коротком замыкании в токоприемниках и проводах, может вызвать разрушение обмоток электродвигателей и аппаратов, сваривание контактов и перегорание проводов. Для защиты электрооборудования и схем автоматики используют различные аппараты токовой защиты, обеспечивающие отключение токоприемников и цепей их питания при возникновении чрезмерных токов. Простейшими и наиболее распространенными аппаратами такой защиты являются плавкие предохранители, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. По ней в нормальных условиях протекает рабочий ток контролируемой цепи; предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь. Зависимость времени перегорания плавкой вставки (срабатывание предохранителя) от величины тока, протекающего через предохранитель, называют защитной, или амперсекундной характеристикой предохранителя.

Наименьший ток, при котором плавкая вставка предохранителя еще не перегорает при длительной работе, называют граничным током I_гр. Этот ток должен быть возможно близким к номинальному току, на который маркируется плавкая вставка. Отношение граничного тока плавкой вставки к номинальному току защищаемой цепи (I_гр/I_н) должно быть несколько больше единицы.

Крутизна амперсекундной характеристики определяет быстродействие срабатывания предохранителя, а следовательно, надежность защиты.

Для обычных предохранителей отключение 5—10-кратного тока происходит примерно за время 0,5—0,1 с, а 1,5—2-кратный ток—за 20—50 с. Для целого ряда аппаратов, особенно полупроводниковых элементов, такая характеристика непригодна, поскольку не обеспечивает защиты этих элементов. Поэтому для цепей, требующих большего быстродействия зашиты, созданы специальные быстродействующие предохранители (например, серии ПНБ), которые отключают 5—10-кратный ток уже за время не более 0,01 с, а 1,5—2-кратный ток — за 10 с. Эти данные усредненные и зависят от типа предохранителя, плавкой вставки и температуры окружающей среды. Однако амперсекундная характеристика быстродействующих предохранителей имеет значительно большую крутизну по сравнению с обычными предохранителями.

В некоторых случаях требуется, наоборот, повышенная инерционность срабатывания предохранителя, например для защиты асинхронного электродвигателя с прямым пуском. Для таких цепей имеются специальные инерционные предохранители с двумя различными плавкими вставками, что обусловливает двухучастковый вид амперсекундной характеристики с различной крутизной.

В зависимости от назначения предохранителей, их номинального тока и напряжения, а также условий монтажа и эксплуатации выбирается определенный тип предохранителя и его исполнение. Однако независимо от типа и исполнения все предохранители содержат следующие обязательные элементы: контактные стойки, плавкую вставку с патроном, детали крепления и монтажа.

В зависимости от назначения и исполнения патроны предохранителей бывают разборные и неразборные, открытые и закрытые (с наполнением и без него).

На рис. 4.18, б показан соответственно открытый патрон. Патрон состоит из трубки /, плавких вставок 2 и контактов 3. Трубку выполняют из изоляционных материалов (фарфор, керамика, фибра и

т. п.), а плавкие вставки—из медной, цинковой и свинцовой проволоки или калиброванных пластинок с местным утонением. При перегорании плавкой вставки возникает дуга, которая гасится внутри патрона.

Закрытые предохранители с наполнителем (кварцевый песок) имеют несколько параллельно работающих проволочных плавких вставок, и дуга гасится в закрытом объеме. Поэтому, если трубчатые предохранители обеспечивают патрон отключение в низковольтных цепях токи до 1 кА, то засыпанные до 50 кА.

Рис.4-18 - Открытый патрон

Другой разновидностью являются пробочные резьбовые предохранители. Предохранитель состоит из пробки, соединяющейся проводящей резьбой с одним полюсом, и вставной трубки, с калиброванной проволокой. Последняя через контакт подключается к другому полюсу источника тока. Такие предохранители, как правило, используют в неответственных деталях управления и сигнализации, а также для защиты вспомогательных токоприемников при токах от 6 до 20 А.

В цепях автоматики с электронными приборами наибольшее распространение получили трубчатые стеклянные предохранители. В них плавкая вставка в виде калиброванной проволоки помещена в стеклянную трубку и впаяна своими концами в токопроводящие контактные наконечники. Такой стеклянный патрон вставляют в корпус предохранителя (различных исполнений), где соединяется своими наконечниками с контактными стойками.

Все предохранители, кроме последнего, имеют сменные плавкие вставки. В пробочных и стеклянных предохранителях меняются целиком пробки и патроны.

Каждый тип предохранителя изготовляют на определенный номинальный наибольший ток, а плавкие вставки к нему делают на несколько значений номинального тока. Так, например, предохранитель на номинальный ток 60 А снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А, а предохранитель на номинальный ток 6 А снабжается вставками на токи 1, 2, 4 и 6 А.

Выбор предохранителя заключается в подборе его типа в зависимости от требуемых значений номинальных напряжения и тока, а также амперсекундной характеристики и конструктивного исполнения.

При определении токов плавкой вставки следует исходить из условий

I_нв ≥I_н и I_нв =I_п/К,

где I_нв — номинальный ток плавкой вставки; I_н— наибольший длительный ток в цепи нагрузки; I_п — пусковой ток электродвигателя (электромагнита); К — коэффициент, учитывающий условия пуска.

Для нормальных условий прямого пуска асинхронного коротко-замкнутого электродвигателя K≈2,5. Для цепей управления переменного тока, не содержащих тяжелых контакторов и электромагнитов, K≈1. При наличии аппаратов, ток включения которых хотя и кратковременно (0,05—0,15 с) достигает 10—15кратности, коэффициент К= 1,3—1,6.

Плавкие предохранители — простые, но не совершенные аппараты защиты. Изменение уставки срабатывания возможно только ступенчатое путем замены патронов, а регулирование времени срабатывания (или амперсекундной характеристики) вообще невозможно. В этом отношении более совершенным аппаратом токовой защиты электрических приемников и цепей являются максимальные токовые реле (рис. 4-19).

Рис. 4-19

Катушку 1 включают последовательно в контролируемую цепь с током нагрузки I_н. Когда этот ток достигает величины заданного тока срабатывания, при котором электромагнитная сила в зазоре δ становится выше противодействующей силы пружины 12, якорь 3 притягивается к полюсному наконечнику 2. Происходит размыкание контактов 10—11 и замыкание контактов 6—7. Подвижные контакты 7 и 10 закреплены на якоре 3 с помощью пластмассовых колодок 9. Сила нажатия в контактах создается пружинами 8.

Ток срабатывания электромагнитного реле можно регулировать изменением числа витков катушки 1. Силу натяжения возвратной пружины 12 изменяют с помощью гайки 5 и рабочего воздушного зазора 6, который устанавливают с помощью винта 4. Диапазон регулирования тока срабатывания таких реле достигает четырех и настраивается бесступенчато, что весьма важно для достижения высокой точности работы. Время срабатывания электромагнитного токового реле обычно не превышает 0,03 с при I_н=2,0I_уст и 0,1 с при I_н=1,3I_уст. На таком принципе работают и реле минимального тока, а также реле минимального и максимального напряжения. Исполнительные контакты этих аппаратов (в зависимости от типа) могут коммутировать цепи управления, достаточные для отключения релейно-контакторной аппаратуры средней мощности. Так, контакты максимальных токовых реле серии ЭТД-500 коммутируют индуктивную нагрузку до 20 Вт постоянного и 100 ВА переменного токов, а контакты реле типа РТ-40 коммутируют соответственно 60 Вт и 300 ВА.

Максимальные токовые реле электромагнитного принципа действия могут работать в цепях как переменного, так и постоянного тока.

4.12 Нулевая защита

Для обеспечения нулевой защиты в схеме с несколькими командоконтроллерами, пакетными переключателями, тумблерами и другими аппаратами применяют промежуточное реле (рис. 4.20). Перед началом работы станка необходимо нажать кнопку SB1 («Подготовка пуска») и включить промежуточное реле KV. Промежуточное реле замыкает свой замыкающий контакт /СУ» после чего кнопку SB1 можно отпустить. При замыкании того же контакта KV вся нижняя часть схемы с контактами командоконтроллера SM1 и других аппаратов ручного управления и, с катушками контакторов оказывается под напряжением. При падении напряжения до нуля или до ненормально низких значений контакт реле K.V отключает от сети всю нижнюю часть схемы. Наличие напряжения в цепи управления отмечается сигнальной лампой HL.

Следует заметить, что сигнализация о наличии напряжения в цепи управления, а также о его отсутствии имеет в станкостроении большое значение. Это объясняется тем, что аппараты управления помещены в шкафах управления и в собственных кожухах так, что разрыва цепи оператор видеть не может. Малогабаритные сигнальные лампы низкого напряжения, прикрытые колпачками из прозрачной пластмассы различного цвета, широко используют также для контроля различных перемещений подвижных узлов станка, контроля давления в гидросистеме, наличия смазочного материала в направляющих и т. д. Для сигнализации о неисправностях, возникающих во время работы станка, часто применяют мигающий свет сигнальных ламп.