电路保护措施及选择原则

电气控制系统设计时必须采取必要的措施，保证系统能在线路连接错误、绝缘损坏、器件故障、电源中断等异常情况出现时，迅速、安全、可靠停机，预防重大事故的发生。

电气控制系统的保护措施较多，设计时应根据设备性质、用途、功能、安全要求、使用环境等因素，事先识别各种可能发生的危险和风险，通过有效的保护措施，将设备的安全性保持在令人满意的水平。

电气控制系统常用的电路保护措施主要有以下几类。

1.电流保护

电流保护包括短路、过载、过电流、欠电流保护等。

（1）短路保护

短路故障一般来自线路的连接错误或绝缘损坏。电路发生短路时，电源将不经负载而直接形成回路，其瞬间电流将高达正常工作电流的数倍甚至数十倍，导致导线和器件的严重发热，引发火灾等重大事故，因此必须迅速切断电源。熔断器、断路器、电磁式瞬时过电流继电器是常用的短路保护器件。

（2）过载保护

负载增加、电源断相或电压下降等，都将使电动机等执行部件的工作电流超过额定值、产生过载。过载将增加电动机绕组、电磁线圈、连接导线的温升，影响或损坏绝缘，因此，电动机、电磁铁等可能产生过载的执行部件需要有过载保护措施。

过载保护器件可根据需要选择电动机保护断路器（Motor Protection Circuit Breaker）、热继电器、瞬时过电流继电器或使用类别为gL或gG的熔断器等，此外，在电动机等执行部件内部安装热敏电阻等检测器件，也可起到过载保护的作用。

过载保护以限制导线、负载的温升为目的，它具有反时限保护特性，其动作时间与电流大小成反比，电流越大，动作时间也越短。过载保护不能立即切断电源，因此，它不能代替短路和过电流保护器件。

（3）过电流保护

过电流保护通常用于直流电动机、绕线转子异步电动机等电流敏感设备，过电流保护一般使用电磁式瞬时过电流继电器，它可在过电流时，迅速切断电源。

（4）欠电流保护

欠电流保护常用于直流电动机的励磁保护。直流电动机运行时，如磁场变弱或消失，将引起转速的迅速上升，使换向恶化，甚至损坏机械装置、引发安全事故；此外，磁场的减小，也将导致直流电动机起动电流的增加，故需要对励磁电流进行监控。欠电流保护一般使用欠电流继电器作为保护器件。

2.电压保护

电压保护主要有失电压、欠电压、过电压保护等。

（1）失电压保护

失电压保护用来防止设备在电源中断后的自起动。利用按钮/接触器控制通断的线路，可禁止电源恢复时的自起动，这是电气设计最常用的失电压保护方式。此外，也可通过欠电压继电器进行保护。

（2）欠电压保护(www.xing528.com)

当设备的工作电压低于规定值时，不仅会导致电动机等执行部件的电流增加，而且还可能使得控制器件工作不正常，造成线路故障。专门的欠电压保护可通过具有欠电压脱扣的断路器、欠电压继电器等实现。此外，利用按钮/接触器控制通断的线路设计，也可起到欠压保护的作用。

（3）过电压保护

过高的电网电压、雷击、大电流设备的分断都可能引起线路电压的升高，导致电流增大、转速升高，甚至损坏绝缘、产生电弧。过电压保护可通过过电压继电器实现，对于瞬间冲击电压，可通过安装浪涌吸收器、RC抑制器，并联续流二极管等措施，限制过电压。

3.其他保护

除了以上电路保护措施外，机电设备常用的保护还有行程保护、速度保护、压力保护、液位保护、安全防护等。

（1）行程保护

行程保护是机电设备最常见的保护措施。数控机床是一种高速、高效、自动化加工设备，其驱动电动机的转速高、输出转矩大、过载能力强，一旦发生故障极易引起机械部件、刀具、加工零件的损坏。因此，其直线运动轴需要有多层次的行程保护措施，确保故障时的安全停机。作为硬件保护措施，直线运动轴需要通过行程开关，来实现硬件限位、紧急分断等保护功能。紧急分断应使用专门的安全电器和安全电路，有关内容详见本章后述及第4章的安全电路部分。

（2）速度保护

速度保护多用于传输带、电梯、起重机等输送、升降类设备，此类设备一旦速度超过，将危及设备和人身安全，故必须安装可靠的速度保护装置。速度保护一般通过速度继电器实现，一旦设备运行速度过高，便可迅速断开设备电源，立即停止运行。数控机床使用速度保护的场合相对较少。

（3）压力、液位保护

数控机床是一种高速、高效、自动化加工设备，工作时需要有良好的润滑、冷却和气动、液压条件，为此，通常需要对液压和润滑油箱的油位、冷却箱的液位，润滑、气动、液压、冷却系统的压力等进行监控和保护，以防止因润滑、冷却、气动、液压系统的不良，导致机械部件磨损、刀具和工件损坏及辅助运动部件的工作异常。液位开关、压力继电器是数控机床常用的压力、液位检测和保护装置。

（4）安全防护

数控机床等高速、高效、自动化加工的设备，一般都需要安装封闭的安全防护罩。设备自动工作时，安全防护罩必须处于关闭状态，以防止切削加工时的铁屑、冷却液飞溅，禁止操作者进入加工区域。此外，机电设备中可能对人体产生伤害与危险的运动部件，如液压夹具、卡盘等，还必须采用双手操作的安全电器和专门的安全电路进行控制，有关内容详见本章后述及第4章的安全电路部分。

4.器件选用

通常而言，数控机床的失电压、欠电压保护一般直接通过断路器、按钮/接触器控制线路实现，瞬间过电压保护通过线路中安装浪涌吸收器、RC抑制器，直流电磁线圈并联续流二极管等措施保证；行程、压力、液位等保护则是通过液位开关、压力继电器及其控制线路实现；以上保护装置功能单一、线路设计简单，本书不再对此进行专门说明。紧急分断、安全保护是数控机床设计的重要问题，有关内容将在本章后述及第4章进行专门阐述。

线路和负载的短路、过载、过热保护是几乎所有电气设备控制系统设计都需要考虑的问题，断路器、熔断器、热继电器、热敏电阻是最常用的器件，设计时需要根据器件的不同保护特性，正确选择与使用。短路、过载、过热保护器件及一般选用原则见表3.2-3，器件的主要特点、性能与选择方法见后述。

表3.2-3 短路、过载、过热保护器件选择的一般原则

注：“●”具备；“×”不具备。