Введение

Коммутационная и пускорегулирующая аппаратура предназначена для включения и отключения электрических цепей, для пуска и остановки, для регулирования вращения (торможения и реверсирования) электродвигателей и для защиты электроустановки от чрезмерных тепловых действий тока, которые имеют место при коротких замыканиях и перегрузках.

Основная часть

Виды коммутационной аппаратуры.

К пускорегулирующей аппаратуре относят: рубильники, пакетные выключатели и переключатели, ключи управления. Рубильники и переключатели являются ручными неавтоматическими аппаратами управления. Рубильники изготовляют одно-, двух- и трёхполюсными. Рубильники и переключатели с центральной рукояткой служат только для отключения предварительно обесточенных цепей. Аппараты с боковой рукояткой, боковым и центральным рычажным приводами могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой. Выпускаются также рубильники с боковой рукояткой и защитным кожухом. Пакетные выключатели и переключатели применяют как коммутационные аппараты в цепях переменного тока напряжением до 440 В, частотой 50 и 60 Гц и в цепях постоянного тока до 220 В. Кнопки управления применяют для дистанционного управления электромагнитными автоматами. Несколько кнопок, установленных в одном блоке, называют кнопочным постом. Ключи управления служат для замыкания и размыкания цепей управления и сигнализации при дистанционном включении или отключении высоковольтных выключателей и разъединителей. Аппараты управления могут быть встроены непосредственно в технологические механизмы, установлены около них или размещены в отдельных электропомещениях на распределительных щитах или станциях управления. Многие механизмы выпускают комплектно со встроенной аппаратурой управления и защиты. Выбор способа размещения аппаратов управления зависит от ряда обстоятельств, главнейшими из которых являются: условия окружающей среды, система управления технологическими механизмами, системы построения электрической сети. В условиях пыльной, влажной и пожароопасной среды может оказаться целесообразным аппараты управления принять в открытом или защищённом исполнении и разместить их централизованно, в специально выделенных помещениях. В условиях взрывоопасной и химически активной среды установка аппаратов управления в специальных изолированных помещениях может оказаться даже необходимой. Щиты станций управления (ЩСУ), устанавливаемые в электропомещениях, обычно собирают на свободно стоящих каркасах из типовых станций управления (блоков управления) заводского изготовления и служат для приёма электроэнергии, её распределения между электроприёмниками и дистанционного управления ими. От специальных блоков с автоматами или предохранителями, установленных на этих же щитах, осуществляют питание электроприёмников, имеющих местное управление. В качестве распределительных устройств, устанавливаемых непосредственно в цехе, применяют силовые пункты (шкафы) следующих серий: - блочные серии ПРБ, комплектуемые из блоков предохранитель-выключатель БПВ - силовые серии ПР с встроенными в них автоматами, скомплектованными в различных комбинациях; изготовляются в навесном, навесном утопленном и напольном исполнении; количество встраиваемых автоматов –от 4 до 30 - силовые распределительные серии СП и СПУ, предназначены для распределения электрической энергии и защиты людей

Для ручного включения и отключения электрических цепей при напряжении до 500 В применяют рубильники и силовые распределительные щиты (рис. 12.8). Рубильник с центральной рукояткой предназначен только для обесточенных цепей (рис. 12.8, а). Коммутацию (включение и отключение) цепей под нагрузкой осуществляют рубильниками аналогичной конструкции, но с рукояткой, связанной с ножами через рычажное устройство, которая может располагаться спереди или сбоку шкафа, в котором находится рубильник.

Силовой распределительный ящик в отличие от рубильника имеет еще и предохранители. В некоторых конструкциях распределительных ящиков предохранители одновременно выполняют роль ножей, например у рубильника-предохранителя

Пакетными выключателями производят пуск небольших двигателей в силовых цепях, а также включение цепей управления и освещения. Выключатель состоит из контактной системы и переключающего механизма. Контактная система имеет неподвижные контакты, закрепленные в изоляторе, и подвижные контакты, закрепленные на оси переключателя.

Для управления асинхронными двигателями с фазным ротором и двигателями постоянного тока используют реостаты. Реостатом называют устройство с регулируемым сопротивлением. Они бывают пусковые, регулировочные и нагрузочные. Сопротивление реостатов изготавливают, как правило, из константановой проволоки.

К аппаратам управления электрическими цепями относятся также путевые и конечные выключатели. Они бывают кнопочного, рычажного и поворотного (шпиндельные) действия. Выключатели имеют подвижные и неподвижные контакты, которые приводятся в действие автоматически, нажатием на рычаг или кнопку или поворотом шпинделя выключателя.

Рис. 12.8. Аппараты ручного управления: а — рубильник; б — силовой распределительный ящик; в — рубильник-предохранитель: 1 — нож; 2, 11 — контактные губки; 3 —траверса; 4. 9, 13 — рукоятка; 5 — изоляционная плита; 6 — контактная стойка; 7 —шкаф; 8 - встроенный рубильник; 10 — предохранитель; 12 — рычажная система; 13 — подвижный нож-предохранитель

К аппаратам защиты относятся плавкие предохранители, электромагниты и тепловые реле защиты.

Плавкие предохранители применяют, как правило, в комплекте с рубильниками. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, выполненная в виде металлической пластинки или проволоки. Она заключена в кожух и устанавливается в цепь между рубильником и электродвигателем. При перегрузке цепи током вставка перегорает.

Тепловое реле служит для защиты двигателя от перегрузок током. Реле (рис. 12.10) имеет нагревательный элемент 5, по которому протекает ток двигателя, биметаллическую пластину 4 и контакты 1, включенные в цепь управления двигателем. Биметаллическая пластина состоит из двух пластин, изготовленных из разнородных металлов с разным коэффициентом линейного расширения. При превышении силы тока в двигателе номинального значения от тепла нагревательного элемента 5 нагревается биметаллическая пластина. Вследствие неодинакового линейного расширения составляющих ее частей она изгибается вверх, освобождает подпружиненную защелку 3 рычага 2, который и разрывает контакты 1.

Электромагнитное реле защиты состоит из электромагнита и якоря, соединенного с подвижными контактами. При достижении током максимального значения якорь притягивается к сердечнику электромагнита и разрывает цепь.

Рис. 12.9. Пакетный выключатель: 1 — секция контактной системы; 2 — рукоятка; 3 — заводное устройство; 4 — зажим неподвижного контакта

Рис. 12.10. Схема теплового реле

Для пуска и защиты электродвигателей изготавливаются магнитные пускатели, представляющие собой агрегат из контактора, теплового реле и кнопки управления.

Виды и конструкции реле .

Реле называется аппараты, замыкающие или размыкающие электрические сети, или механически воздействуют на выключатели при заданном значении величин напряжения, на которые они реагируют.

Указательное реле ру – 21

Указательные реле (рис. 1) используются в схемах РЗ и автоматики в качестве указателей срабатывания этих устройств. Устройство реле РУ-21, широко распространенного в настоящее время, состоит из электромагнита с обмоткой 1. Когда по обмотке проходит ток, якорь 2 притягивается, освобождая флажок (блинкер) 3. Флажок падает под действием собственного веса и занимает положение, при котором oн виден через смотровое окно 4. Возврат флажка в исходное положение производится нажатием на кнопку 5.

Тепловые реле применяются для защиты от перегрузок в сетях напряжением до 1 кВ. Такие реле входят в конструкцию магнитных пускателей.

Рассмотрим реле с использованием полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов). Эти реле обладают малым временем возврата и малыми погрешностями по току срабатывания, относятся к бесконтактным аппаратам, в которых используются усилительные свойства транзисторов. Принцип действия полупроводниковых реле сводится, как правило, к скачкообразному изменению тока в электрической цепи при воздействии на него, управляющего сигнала. К недостаткам таких реле следует отнести: наличие небольшого тока в цепи нагрузки в положении «выключено», в связи, с чем бесконтактные реле не могут быть использованы для полного разрыва цепи; большие разбросы характеристик, зависимость от температуры, нелинейность сопротивлений.

Рисунок 1 – Указательное реле РУ – 21

Промежуточное реле рп – 341

Промежуточные реле (рис. 2), как правило, выполняются на электромагнитном принципе и предназначены для увеличения числа контактов основного реле, когда при его срабатывании требуется замкнуть и разомкнуть несколько цепей. Кроме того, промежуточные реле имеют значительно более мощные контакты по сравнению с контактами основного реле. Поэтому, если необходимо замыкание

Рисунок 2 – Промежуточное реле РП – 341

или размыкание цепей такой мощности, на которую контакты основного реле не рассчитаны, то они сначала замыкают цепь катушки промежуточного реле, которое своими контактами замыкает соответствующие цепи основного реле. При прохождении тока по катушке 1, превышающего ток нормального режима, срабатывает якорь 3 магнитной системы 2. С помощью рычага 6 замыкаются контакты 4 и 5.

Реле прямого действия эт – 520

Рассмотрим принцип действия и конструкции различных типов реле, применяемых в схемах РЗ. На рис. 3 показана конструкция электромагнитного реле серии ЭТ-520 мгновенного срабатывания. Ток срабатывания реле регулируется натяжением спиральной пружины 4 с помощью рычага 7. Обмотка 1, расположенная на сердечнике 2, состоит из двух секций, что позволяет последовательным или параллельным включением секций изменять пределы регулирования тока срабатывания четырьмя ступенями. Якорь 3 поворачивается и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6, чем обеспечивается подача отключающего импульса на выключатель. У ставка реле устанавливается на шкале 8.

Рисунок 3 – Токовое реле ЭТ – 520.

Реле тока рт – 80

По принципу действия данное реле является комбинированным, состоящим из индуктивного и электромагнитного элементов. При перегрузках, когда величина тока в обмотке реле меньше тока срабатывания электромагнитного элемента, отключение происходит с выдержкой времени за счёт индукционного элемента, а при токах в обмотке реле, превышающих ток срабатывания индукционного элемента, срабатывает электромагнитный элемент без выдержки времени.

При протекании по обмотке реле тока диск индукционного элемента медленно вращается, причем его вращению препятствует тормозной момент создаваемый постоянным магнитом. Под действием электромагнитного момента, создаваемое током реле рамка поворачивается, червяк входит в зацепление с зубьями сегмента, начинает постепенно подниматься, преодолевая усилия пружины и специальной планкой замыкает контакты реле. Время срабатывания регулируется винтом.

Электромагнитный элемент состоит из ярма электромагнита и якоря, через которые замыкается часть потоков рассеивания электромагнита. При протекании больших токов по обмотке реле, якорь втягивается и без выдержки времени замыкает контакты реле. Токи срабатывания электромагнитного элемента регулируется изменением количества витков обмотки и погашением регулировочного винта.

Рисунок 4 – Реле тока РТ – 80

Реле напряжения РНТ

Пo конструкции реле максимального напряжения схожи с реле максимального тока, но катушка имеет большее число витков меньшего сечения провода. При подключении напряжения подвижные контакты замыкают неподвижные. При падении напряжения до установленных значений подвижных контакты под действием пружины возвращается в исходное положение, тем самым размыкается (силовая) цепь. На этих реле так же имеются дополнительные пары нормально разомкнутых контактов, которые при срабатывании замыкаются и сигнализируют об этом.

Рисунок 5 – Реле напряжения РНТ

Реле времени ЭВ

Реле времени (рис. 6) предназначено для создания выдержки времени срабатывания РЗ.

Рисунок 6 – Реле времени типа ЭВ

Реле времени имеют выдержки в диапазоне 0,1–20 с. Наибольшее распространение получили реле времени с часовыми механизмами. При подаче напряжения на обмотку 1 реле якорь 3 втягивается, палец 2 освобождается и под действием пружины 4 происходит поворот зубчатого сектора 5 по часовой стрелке, а шестерня 8 и подвижной контакт 9 поворачиваются против часовой стрелки, что приводит к замыканию контактов 10. Выдержка времени регулируется перемещением контактов 10 по шкале 11, отградуированной в секундах; контакты б и 7 мгновенного срабатывания без выдержки времени.

Возможные неисправности

Неисправности контакторов

К неисправностям контакторов относится разновременность замыкания главных контактов, которую устраняют путем затягивания гаек хомутика. О повреждении контактора свидетельствует также сильное гудение магнитной системы, так как при нормальной работе контактор переменного тока издает лишь слабый шум. Сильное гудение контактора свидетельствует о его неисправности и может закончиться выходом из строя катушек электромагнита. Для предотвращения выхода из строя контактор надо отключить и проверить: затяжку винтов, крепящих якорь и сердечник; не поврежден ли короткозамкнутый виток 2, уложенный в вырезы сердечника (рис. 139); состояние поверхности соприкосно- вения обеих половин электромагнита и точность пригонки их. Для этого между ними прокладывают листок копировальной и листок тонкой белой бумаги и контактор замыкают вручную. Поверхность соприкосновения обеих половин электромагнита должна составлять не менее 70% сечения магнитопровода. При меньшей поверхности соприкосновения этот дефект устраняют правильной установкой сердечника электромагнита, а в случае образования большого зазора шабрят поверхность вдоль слоев листовой стали магнитной системы. Отсутствие реверса в реверсивных пускателях устраняют подгонкой тяг механической блокировки. Прилипание якоря к сердечнику у контакторов постоянного и переменного тока появляется вследствие отсутствия немагнитной про- Рис. 139. Контактор перемен- кладки или недостаточной ного тока (разрез): ее толщины. . Поэтому надо проверить наличие и толщину немагнитной прокладки или воздушный зазор между якорем и сердечником.

Схымы подключение коммутационных устройств

Т.о и ремонт ???

РЕМОНТ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ Пускорегулирующая аппаратура собирается из большого числа мелких и простых деталей, реставрировать которые нет смысла. Значительно целесообразнее по мере износа заменять их новыми. Несмотря на большое конструктивное разнообразие аппаратов управления, номенклатура изнашиваемых 246 Возможные неисправности аппаратуры в схеме управления асинхронным двигателем с фазным ротором [70] Внешний признак Неисправность Способ устранения Повышение тока при пуске двигателя сверх допустимого Один из контактов ускорения перегрелся и приварился ко второму Перегрузка двигателя Реле ускорения разрегулировались (недостаточна выдержка времени) Осмотреть контакты при отключенном двигателе. Проверить и заменить сухари (контактные поверхности) Разгрузить Отрегулировать После вклю-1 чения двигатель не работает Отсутствие напряжения в линии. Перегорели предохранители в цепи управления Отключен силовой рубильник IP. Разрыв контакта. Разрыв в цепи контактора KJ1 или в цепи его катушки Устранить неисправность в питающей линии Заменить вставки предохранителей Включить рубильник Замкнуть контакты кнопкой ручного возврата Восстановить цепь или заменить катушку Двигатель не развивает номинального числа оборотов Разрыв в цепи контакторов ускорения или их катушек Повреждение реле времени Восстановить цепи или заменить катушки Проверить работу контакторов реле, замыкая их вручную; прочистить контакты Ротор двигателя не вращается и гудит. Контакторы включаются Обрыв в одной из фаз силовой цепи Перегорели предохранители в одной из фаз силовой цепи Сгорел нагревательный элемент теплового реле Проверить наличие напряжения на всех фазах и устранить обрыв Внешний признак Неисправность Способ устранении После нажатия кнопки „Стоп" двигатель продолжает вращаться Провода, идущие к кнопке, заземлились или замкнулись накоротко Линейный контакт перегрелся и приварился Устранить заземление или короткое замыкание при отключенном двигателе Проверить зазоры, пружины, сухари. Заменить сухари, которые приварились При отпускании кнопки „Пуск" двигатель отключается Разрыв цепи на блок- контакте НЛ Устранить разрыв цепи Двигатель отключается тепловым реле Перегрузка двигателя Перегорел предохранитель в одной из фаз силовой цепи Разгрузить Заменить вставку предохранителя в поврежденной фазе и проверить их в остальных двух фазах Сопротивления перегреваются Короткое замыкание между пластинами Ящик замкнут на корпус Не работают контакторы ускорения или реле времени Осмотреть ящик сопротивлений и заменить неисправную секцию или весь ящик Проверить изоляцию пластин относительно земли Заменить неисправную секцию или ящик Проверить контакторы при отключенном двигателе. Проверить и заменить сухари. Восстановить цепи контакторов или заменить их •катушки. Проверить работу контакторов реле и прочистить их 248   М10, М12. В табл. 39 приведены допустимые величины токов, рекомендуемые для контактных нажимных болтов из стали и токопроводящих шпилек из латуни. Таблица 39 Допустимые токи для контактных болтов и шпилек Ток Диаметр болта Диаметр контактной (в а) (в мм) шпильки (в мм) 40 5 5 60 5 6 150 8 10 250 10 16 350 10 20 На контактных барабанах контроллеров чаще всего приходится заменять контактные сегменты. Их изготовляют из твердой меди проточкой на токарном станке. Винты, крепящие сегменты к сегментодержателям, не должны помещаться в месте касания сегментов с контактными сухарями. В противном случае стирается шлиц головки винта и винт невозможно будет открутить. Сухари контактных пальцев изнашиваются еще больше сегментов, ибо они трутся всей поверхностью. При притирке провал пальцев должен сохраняться в пределах 2,5—3 мм. При большем провале барабан будет заедать и управление контроллером затрудняется. При меньшем же провале не будет плотного приле- гания контактов, что приведет к нагреванию и обгора- нию контактов. В зависимости от величины тока, проходящего через контакты контроллера, давление контактного сухаря на сегмент надо регулировать в пределах от 1 до 4 кг, меняя изгиб его пружинящей части. Пользование приспониями ускоряет сборку, печивает правильное п<ние контактов и гаран' необходимые зазоры ними. Отремонтированшрабан проверяют по контроллера, чтобы убе, в правильности установк тактов на барабане. Пр] особое внимание нужно щать на то, чтобы р контактов происходил временно в местах, ука2 на схеме, а также чтобь. выдержана последователь- Рис- ,42- Контакт контактора .ч К11Д*о- Для сборки подвижных контактов на барабанах контроллера часто применяют специальные приспособления. ность включении по позициям. При изготовлении контактов силового контактора необходимо следить, чтобы профиль контакта строго соответствовал направлению движения его, благодаря чему создается плавное перекатывание контактов. Точки длительного касания включенных контактов не должны совпадать с точками начального касания их, где электрическая дуга размыкания нарушает плотность контакта, расплавляя его поверхность. Такого несовпадения достигают, используя профильную медь, разрезанную на части необходимой ширины. Контакты (рис. 142) надо изготовлять из неотожженной меди, а не из латуни, сопротивление которой значительно больше. При изготовлении контактов целесообразно применять кондукторы для сверления отверстие вочных контактах контакторов всегда должны быть серебряные накладки. Сердечники электромагнитов набирают из отдельных изолированных листов электротехнической стали п стягивают болтами или скрепляют заклепками. Гудение в сердечниках электромагнитов происходит вследствие нарушения плотности соприкосновения обеих половин сердечника электромагнита, а также в результате повреждения короткозамкнутого витка либо ослабления болтов, заклепок. При ремонте сердечник электромагнита сжимают прессом, после чего удаляют заклепки. Стыки листов, из которых состоят половины сердечника, подгоняют при помощи листка копировальной и листка тонкой белой бумаги. Короткозамкнутый виток надо ставить такой же, как и до ремонта. В электромагнитах и контакторах постоянного тока между сердечником и якорем ставят немагнитную прокладку, предохраняющую якорь от прилипания. При ремонте толщина прокладки остается первоначальной. Изготовление и ремонт изоляционных деталей представляют иногда большие трудности. Поэтому на практике заменяют одни материалы другими, не требующими сложного оборудования для обработки. Например, различные прессованные пластмассовые коробки часто заменяют гетинаксовыми или текстолитовыми [> скрепленными по углам винтами с потайными головками. Искрогасительные камеры контакторов чаще всего повреждаются от действия на них дуги размыкания. После очистки обгоревшей поверхности камер появившиеся углубления, неровности сглаживают массой из смеси цемента с измельченным асбестом. Для ремонта камер и других частей контакторов, подверженных действию электрической дуги, лучше всего применять фибру. Текстолит, гетинакс и подобные им материалы применять не рекомендуется, так как они под действием дуги создают токопроводящие мостики, что ведет к разрушению аппарата. Материалами-заменителями для изоляции кулачков служит текстолит или парафинированная фибра, а для панелей — текстолит, гетинакс, иногда — асбоцемент. Для изолирования стержней, реек, шпилек можно использовать асбесто-миканитовую изоляцию, которую опрессовывают и окрашивают изоляционным лаком. Изоляционные втулки и трубки можно вытачивать из фибры или текстолита. Фарфоровые изоляторы в реостатах можно временно заменять изоляторами из огнеупорной шамотной массы. Кабельные выводы (наконечники) в реостатах с фех-ралевыми 1 спиралями надо паять только твердым припоем. Вместо спиралей из эмалированной проволоки, намотанной на фарфоровые трубки, можно применять спирали из неизолированной проволоки, намотанной на металлические трубки, изолированные от проволоки миканитом или асбестом.

Устройство узо и назночение

принцип работы УЗО более детально.

Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока.

При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:

Ф_∑ = Ф_L - Ф_N = 0

Теперь представим что Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.

человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.

В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:

Ф_∑ ≠ 0

Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.

В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:

Ф∑ ≠ 0

Ток утечки это один из основных параметров по которому выбирают УЗО. Существует шкала номинальных дифференциальных токов отключения 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.

Следует понимать, что устройство защитного отключения реагирует только на токи случае, если человек одновременно возьмется за фазный и нулевой провод. Это происходит по тому, что человеческое тело в этом случае можно представить как нагрузку, через которую проходит электрический ток.

Из-за этого вместо УЗО устанавливают дифференциальные автоматы, которые по своей конструкции объединяют одновременно УЗО и автоматический выключатель.

утечки и не работает при перегрузках и коротких замыканиях. Не сработает УЗО и в том