漏电和温度保护系统的作用与维护

对于增安型电阻加热器来说，除电阻加热元件自身结构外，还应该配置一种或几种保护系统，以防止发生漏电和出现危险温度。

1.漏电保护系统

增安型电阻加热器的漏电，一可能引起人身触电，二可能产生漏电放电火花。根据电阻加热器供电的电源类型，人们可以采用不同的漏电保护方式。

（1）对于TN系统和TT系统

在这两种供电系统中，建议采用额定漏电电流不大于300mA的漏电电流保护器对增安型电阻加热器进行实时保护；而且，建议优先采用额定漏电电流为30mA的保护器。

额定漏电电流为30mA的保护器的动作响应时间短，通常断开时间不大于5s；当在5倍额定漏电电流时，动作响应时间不大于0.15s。

（2）对于IT系统

在这种供电系统中，建议采用绝缘监测装置对增安型电阻加热器进行实时监测和保护。这种装置可以在绝缘电阻小于50Ω/V（对额定电压而言）时断开加热器的电源。

关于TN系统、TT系统和IT系统，请参见国家标准GB 14050《系统接地的型式和安全技术要求》和本书第11章。

2.温度保护系统

温度保护，对于增安型电阻加热器来说，是一个十分重要的安全措施。要想使热体不出现危险温度，不管是从具体结构上还是从检测控制上，都必须采取适当的、有效的保护措施。

这里简单地介绍一些温度保护措施。

（1）稳态结构式温度保护系统

增安型电阻加热器可以采用“稳态结构”来避免出现危险温度。

所谓稳态结构，就是通过设计计算和限定使用条件而且还不使用其他的限温保护措施的方法，使电阻加热元件（加热器）的温度即使在最不利的使用条件下也不会超过极限温度的一种结构。

在实际应用中，尤其是对于一些要求大功率加热的场合，为了不使加热器出现过高温度，设计人员应该将“大功率”分解使用，分解成“较小功率”单元，这样，电阻加热元件的温度就会降下来，而总的加热功率不变。

在这种结构中，当热能和温度计算之后，重要的当属使用条件的限制。可以这样讲，这种结构的电阻加热器，是一种专门设计使用在规定条件下的加热装置。如果使用条件变化了，也就是散热条件变化了，加热器的温度也将随之发生变化。这一点很重要。

（2）自限特性式温度保护系统

增安型电阻加热器还可以采用“自限特性”来避免出现危险温度。

由电工理论可知，对于具有正温度系数的电阻来说，在绝热状态下，当施加在它两端的电压一定时，电阻所耗散的电功率与它的表面温度成反比关系，可以按下式来描述：

式中 P——电阻耗散的电功率（W）；

U——施加在电阻两端的电压（定值）（V）；

R₁——在温度为t₁时的电阻值（Ω）；(www.xing528.com)

α——电阻温度系数（1/K），取0.00393；

t₁，t₂——电阻的表面温度值（℃）。

由式（4.21）可知，在电压一定的情况下，电阻表面的温度升高时，它的耗散功率将会减小。

【例4.3】 假设有一支正温度系数的电阻器，在20℃时的电阻值为1Ω。当施加在它两端的电压为220V（交流有效值）时，试计算在周围温度分别为20℃和60℃时它的耗散功率（不考虑散热条件）。

可以使用式（4.21）进行计算。

在周围温度为20℃时的耗散功率为

P₂₀=220²/{1×[1+0.00393×（20-20）]}W=220W

在周围温度为60℃时的耗散功率为

P₆₀=220²/{1×[1+0.00393×（60-20）]}W≈190W

上述计算表明，在电压一定的条件下，正温度系数的电阻的耗散功率，随着它周围的温度升高而减小。这里的计算表明，在其他条件不变的情况下，温度从20℃升高到60℃，耗散功率居然减小30W。功率减小自然就会使温度不再上升。

所谓自限特性，就是指电阻（PTC）的上述这种特性。在额定电压条件下，电阻加热元件的输出功率，随着它周围的温度上升而减小，一直减小到加热器周围的温度（即加热器的温度）不再上升为止。

电阻加热器的这种特性可以对温度起到一定的自保护作用。

但是，在实际应用中，有很多因素在影响电阻加热器的温度，所以，人们还是要设置适当的实时温度检测系统。

温度检测系统通常可以采用比例控制方式进行控制；对于控制精度要求较高的场合，也可以采用比例-积分-微分（PID）控制方式进行控制。这种控制方式的一个显著优点是，在温度实时调整过程中超调量比较小。

（3）温度监控式温度保护系统

增安型电阻加热器，除采用上述的两种温度保护系统外，还可以采用一些其他的保护措施，直接或间接地切断电阻加热元件或电阻加热器的电源。

这些保护措施可以使用下列参数作为检测项目来限制加热器的温度：

①检测电阻加热元件的温度或它周围的环境温度。

②检测电阻加热元件周围的环境温度和多个其他参数。

③检测除温度外的多个其他参数。

这里所说的“多个其他参数”通常是指需要加热器加热的气体、液体或粉体的物位、流量，加热器所消耗的电流或耗电量等。人们可以综合利用这些参数来限制加热器的温度，在必要时自动地切断电源。

综上所述，这里必须强调指出，在实际工业应用中，增安型电阻加热器必须配置可靠的漏电保护装置和温度保护装置。因为它是一种高温发热体，在有效的温度控制条件下，这个高温发热体就不会产生危险温度，否则，产生危险温度是不可避免的。这一点非常重要，人们应该给以足够的注意。