5-14. Ограничители токов
Это — стеснительное обстоятельство, что высоковольтный выключатель приходится выбирать не по потребителю, а по току короткого замыкания, который может пройти через этот выключатель. На маленькой заводской подстанции приходится ставить мощный выключатель, если эта подстанция присоединена к мощной сети.
Иногда на подстанциях ставят специальные ограничители токов короткого замыкания — реакторы. Это катушки, намотанные из толстого кабеля на прочном каркасе.
Рис. 5-13. Трехфазный реактор для ограничения токов короткого замыкания.
Большей частью витки кабеля заливают в бетон хорошего качества (рис. 5-13). Катушки-реакторы включаются последовательно в питающие линии.
Потери мощности в реакторах при прохождении в них рабочего тока невелики. Но зато реакторы уменьшают мощность короткого замыкания, уменьшают механические усилия во всех проводниках, облегчают работу выключателей.
5-15. Часовые у подъемных мостов
Если мы сравнили выключатели с подъемными мостами у рыцарских замков, то значит, должны быть и часовые, которые бы зорко следили за тем, кто идет к мосту: друг это или враг?
Такими часовыми служат защитные реле. Служба защиты — тонкая электротехническая наука. Трудно подчас бывает распознать врага, он может спрятаться под личиной друга. И, наоборот, иной друг идет с таким шумом и грохотом, что неопытный часовой посчитает его за врага.
Правило службы защиты: «прежде всего не вредить». Ликвидация аварии должна происходить так, чтобы не вызывать новой, еще более тяжелой аварии.
В какой-то точке сложной разветвленной сети происходит короткое замыкание. По многим линиям и трансформаторам хлынут токи перегрузки. Но нельзя отключать сразу все, что перегрузилось.
Обмотка 2 выполняется из гибкого многожильного медного или алюминиевого провода, изолированного асбестом или кабельной бумагой. Обмотка укладывается в ряды, окружается формами и заливается бетоном, который после затвердевания образует колонны 1. Между катушками отдельных фаз помещаются изоляторы 3.
Такая защита будет подобна действиям известного медведя из басни, который булыжником сгонял муху со лба друга.
Защита должна прежде всего быть избирательной — селективной, как часто говорят. Защита должна отключать только поврежденный участок. Остальные потребители не должны быть задеты, не должны понапрасну лишаться питания.
Множество разнообразных реле применяется в современных энергетических системах.
Самые распространенные защитные реле — это токовые, или, как их еще называют, реле максимального тока. Пока ток в охраняемой таким реле цепи не превышает определенного заданного значения, реле бездействует. Но как только ток превзойдет максимальную уставку, реле сработает и разорвет цепь. Во многих случаях такие простые реле достаточны для защиты и от перегрузок, и от коротких замыканий.
Но вот задача — пуск обычного асинхронного двигателя. Такие двигатели очень распространены. Миллионы их работают в Советском Союзе. Пусковой ток этих двигателей в несколько раз превышает нормальный рабочий ток. Следовательно, если применить для защиты максимальное мгновеннодействующее токовое реле, то уставку его надо сделать так, чтобы оно и при этом пусковом токе не отключалось. Но реле с уставкой на большой пусковой ток не будет защищать двигатель от перегрузки. Нагрузят этот двигатель так, что через него будет течь полуторный или даже двойной ток, а максимальное реле — никакого внимания. Двигатель может благополучно сгореть, а реле не сработает. Если же сделать уставку на максимальном реле меньше двойного номинального тока, то двигатель не удастся включить в работу.
На помощь приходит реле с замедленным действием, например тепловое реле. С одной из его простейших форм практически знакомы не только специалисты-электрики.
5-16. Ограничители бытовой нагрузки
Пожалуй, ни один электрический прибор не служил причиной стольких ссор, как эти маленькие запломбированные коробки, которые стояли где-нибудь в темном углу, коридора и в самый неподходящий момент — «щелк...!» — отсоединяли квартиру от сети, хотя решительно все жильцы клянутся, что никакой перегрузки ни у кого из них не было.
Рис. 5-14. Ограничитель максимального тока с биметаллической пластинкой.
Показана так называемая гофрированная пластинка, которая способна разрывать цепь значительной мощности. Две продольные прорези делят пластинку на три части. Две крайние сделаны волнистыми, а средняя находится в изогнутом и напряженном состоянии. Направление изгиба зависит от температуры пластинки. При изменении температуры пластинка переходит из одного изогнутого состояния в другое резким скачком, не задерживаясь в нейтральном положении. При разрыве тока сначала отходит главный верхний контакт, а искра затем проскакивает при разрыве нижних вспомогательных контактов. Поэтому обгорания главных рабочих контактов не происходит.
Эти коробки — ограничители максимального потребляемого тока (можно их назвать и ограничителями максимальной потребляемой мощности, так как напряжение в сети имеет постоянную величину и, ограничивая ток, мы тем самым ограничиваем мощность) устроены весьма просто. Внутри находится пластинка из двух разнородных материалов — биметаллическая пластинка (рис. 5-14). При изменении ее температуры она изгибается, так как металлы расширяются неодинаково. Пластинка эта подогревается током нагрузки. Пока ток меньше установленного предела, изгиб пластинки невелик, цепь тока остается включенной. При повышении нагрузки изгиб возрастает и пластинка выключает цепь.
После разрыва цепи биметаллическая пластинка начинает остывать, и так как тепловая инерция ее невелика, то через полминуты-минуту она снова включит сеть. Если лишняя нагрузка к тому времени снята, то цепь останется включенной. Если же нагрузка не снята, то биметаллическая пластинка снова начнет перегреваться и через несколько секунд снова — «щелк!» — разорвет цепь. Ток все время будет включаться и выключаться, пока один из соседей (с наиболее слабыми нервами) не выключит свои нагревательные приборы.
Такие примитивные ограничители из одной биметаллической пластинки выполняются на ток в 5—10 а. Здесь в одном приборе объединены реле и выключатель.
Для больших токов, для больших мощностей применяются более сложные устройства.
