Предохранители, реле тока и тепловые реле

Электрические приборы и установки нуждаются в защите. Ведь если в цепи произойдет короткое замыкание, ток резко увеличится, многие электротехнические устройства могут выйти из строя, может возникнуть пожар.

Все электротехнические установки тщательно защищаются. Строгие контролеры определяют величину тока в проводах и мгновенно производят отключение, если величина тока станет чрезмерно большой. Чем сложнее электротехническая установка, чем больше ее мощность, тем совершеннее ее защита. Защитные, отключающие аппараты выполняют в электротехнике такие же важные функции, как тормоза в автомобиле. Без надежного аварийного отключения работа электротехнических установок запрещена.

Простейшим защитным аппаратом в электрической цепи является плавкий предохранитель (рис. 1.13, а, б).

На фарфоровый корпус предохранителя в нижней части надета металлическая втулка с резьбой, как у электрической лампочки. В полость корпуса вставлена тонкая проволочка, которая одним концом припаяна к резьбовой втулке, а другим — к контактному наконечнику на торце корпуса. Внешне предохранитель напоминает цоколь электрической лампочки, лишенный баллона. Если ток в цепи превышает норму, тонкая проволочка нагревается и расплавляется (ее называют плавкой вставкой) — цепь тока разрывается. Для того чтобы разрыв цепи происходил быстрее, в полость корпуса насыпают сухой кварцевый песок. Тогда электрическая дуга, возникающая при перегорании проволочки, быстро охлаждается и гаснет.

Такие предохранители называют пробочными, или про­сто «пробками». Пробки выпускают на токи от 6 до 20 А. Чем больше ток, тем короче корпус предохранителя, поэтому в патрон для предохранителя на 6 А вставить больший предохранитель нельзя.

Когда плавкая вставка предохранителя перегорает, ее нужно заменить новой. Ни в коем случае нельзя подкладывать под корпус предохранителя моток свернутой проволочки — «жучок». Такой предохранитель уже не защищает электрическую цепь, а это может привести к серьезной аварии.

Существуют также трубчатые предохранители. В них плавкая вставка — калиброванная проволока — помещена в стеклянную трубочку и своими концами припаяна к двум металлическим колпачкам. Колпачки удерживают проволоку и служат для подвода тока. Такие предохранители на небольшие токи применяют в радиоаппаратуре.

Рис. 1. 14. Реле тока: 1- сердечник, 2 — катушка, 3 — якорь, 4 — противодействующая пружина, 5 — контакты, 6 — рычажок регулирующий величину тока срабатывания реле.

Предохранитель — это аппарат одноразового пользования. Это не очень удобно, особенно в производственных условиях, где короткие замыкания могут происходить довольно часто. В этих случаях применяют защитные быстродействующие реле тока (рис. 1.14). Якорь такого реле имеет форму легкого лепестка, напоминающую латинскую букву Z. Якорь установлен на оси. Реле имеет намагничивающую обмотку с сердечником, собранным из листовой электротехнической стали. Контролируемый ток намагничивает сердечник, и якорь притягивается к полюсам сердечника, стремясь повернуть ось. Этому повороту препятствует спиральная пружина, установленная на конце оси. Когда ток превышает норму, якорь преодолевает противодействие пружины, ось поворачивается и контактный мостик, закрепленный на изолирующей шайбе рядом с якорем, замыкает неподвижные контакты. В систему управления электротехнической установкой посылается сигнал о недопустимой перегрузке.

Когда ток снизится до нормы, якорь реле вернется в исходное положение и будет готов для дальнейшей работы.

Ток срабатывания таких реле можно регулировать. Для этого достаточно повернуть рычажок, регулирующий начальное закручивание спиральной пружины.

Реле тока срабатывает очень быстро — всего за 0,02 с. Это необходимо для аварийного отключения цепи при коротких замыканиях.

Кроме больших кратковременных перегрузок в электротехнических установках возможны перегрузки небольшие по величине, но длящиеся значительное время. Они также опасны для потребителей, но защититься от них при помощи плавких предохранителей или реле тока невозможно. Слишком часто будут происходить отключения. Защиту от перегрузок осуществляет тепловое реле его схема изображена на рисунке (Рис. 1.15).

Рис. 1. 15. Тепловое реле: 1 — биметаллическая пластинка; 2 — контактная группа; 3 — нагреватель

Основой реле является биметаллическая пластинка, т. е. пластинка, выполненная из спая двух разнородных металлов. Известно, что при нагревании металлы расширяются. Один слой пластинки сделан из металла, который сильно изменяет свои размеры при нагревании. Для другого слоя выбран материал с очень малым температурным расширением (это инвар — сплав железа и никеля). В результате при нагревании контролируемым током пластинка постепенно изгибается и размыкает контакты в цепи тока. Чем больше ток в цепи, тем быстрее срабатывает тепловое реле.

Если ток в цепи очень большой, его просто пропускают через биметаллическую пластинку. В цепях с малыми токами используют специальный нагреватель. Осуществляют косвенный подогрев биметаллической пластинки.

После срабатывания теплового реле биметаллическая пластинка не сразу возвращается в исходное положение. Необходимо некоторое время, чтобы она остыла. Это время используют для устранения перегрузки в электротехнической установке. Существуют также и управляемые аппараты, защищающие электрооборудование от перегрузок. К ним относится реле максимального тока (рис. 1.1). Катушка реле 1 рассчитана на протекание тока в силовой цепи. Для этого она имеет обмотку, изготовленную из провода достаточного поперечного сечения. При токе, на который настроено реле, произойдет притяжение якоря 2 к сердечнику 3 катушки и с помощью контактного мостика 4 размыкаются контакты 5 в цепи управления магнитного пускателя. Это реле само прервет электроснабжение установки от источника тока.

Для защиты электродвигателя от перегрузки в контактор монтируются два тепловых реле (на две фазы). В этом случае контактор называется магнитным пускателем.

Рис. 1. 17. Тепловое реле

Основной деталью теплового реле (рис. 1.2) является биметаллическая пластинка 1, состоящая из двух сплавов с различными коэффициентами расширения. Пластинка одним концом жестко прикреплена к основанию прибора, а другим упирается в защелку 2, которая под действием пружины 3 стремится повернуться против часовой стрелки. Рядом с биметаллической пластинкой помещается нагреватель 4, включаемый последовательно с двигателем. Когда по силовой цепи потечет большой ток, то температура нагревателя повысится. Биметаллическая пластина прогнется кверху и освободит защелку 2. Под действием пружины 3 защелка поворачивается и через изоляционную пластину 5 размыкает контакты 6 в цепи управления пускателем. Возврат реле возможен только после остывании пластины 1. Он осуществляется нажатием кнопки 7.

Основные сложности возникают при отключении электрических цепей, особенно если это отключение — аварийное. Существуют аппараты, которые специализируются на таких отключениях, — это автоматические выключатели или, более коротко, автоматы.

Автоматы применяют для защиты электрических цепей при коротких замыканиях, перегрузках и других недопустимых режимах работы. Автомат представляет собой комбинацию реле тока и теплового реле, и он позволяет вручную включать и выключать электрическую цепь. Автоматические выключатели строят на очень большие токи, составляющие сотни и тысячи ампер. Однако существуют и небольшие автоматы — автоматические пробки. Они стоят в наших квартирах вместо пробок с плавкими вставками и надежно защищают квартирную проводку. Схема такого автомата изображена на.

Рис. 1. 18. Автоматическая пробка: 1 — цоколь; 2 — якорь; 3 — Контакты; 4 — система рычагов; 5 — кнопка

Рабочие контакты автомата включаются при помощи большой центральной кнопки 5 и сложной системы рычагов 4. После того как кнопка нажата, контакты 3 остаются во включенном положении. Однако рычажная система устроена так, что контакты можно разомкнуть специальными расцепителями.

Существуют три способа отключения автомата.

При коротких замыканиях срабатывает токовое электромагнитное реле, расположенное в нижней части автомата. Якорь реле притягивается к сердечнику, преодолевая противодействие цилиндрической пружины. Стерженек, связанный с якорем, размыкает рабочие контакты.

При длительных перегрузках срабатывает тепловой расцепитель. Он установлен в верхней части автомата и состоит из биметаллической пластинки с косвенным подогревом, контролируемым током.

Наконец, можно отключить автомат вручную. Для этого следует нажать маленькую кнопку, расположенную в крышке автомата сбоку.

Для повторного включения автомата нужно нажать большую центральную кнопку. Но спешить с этим не следует. Прежде всего, нужно определить причину неполадки в электрической сети и постараться устранить ее. Впрочем, если произошла перегрузка, сразу включить автомат нельзя. Центральная кнопка не будет фиксировать рабочие контакты. Нужно подождать некоторое время, пока биметаллическая пластинка теплового расцепителя остынет и вернется в исходное положение.