Общие сведения.
Аппаратура управления.
Аппараты управления служат для включения и отключения электрических цепей. Например, для пуска, остановки, торможения и реверсирования (изменения направления вращения) электродвигателей.
Изучая аппараты неавтоматического управления (рубильник, пакетный выключатель и переключатель, автоматические выключатели), обратите внимание на то, что они приводятся в действие обслуживающим персоналом вручную и применяются только для нечастых включений (до пяти в час) электроустановок небольшой мощности. При частых включениях из-за возникающего искрения и электрической дуги контакты быстро подгорают и выходят из строя. Для частых включений и отключений электроустановок применяют аппаратуру автоматического управления (магнитные пускатели, реле, датчики)
Выбирая аппарат управления, нужно учесть, что каждый аппарат рассчитан на работу в определенных условиях окружающей среды. Попадание на контакты пыли, влаги и особенно химически активных веществ вызывает их быстрое разрушение.
Аппаратура защиты.
При эксплуатации электроустановок могут возникнуть ненормальные и аварийные режимы: перегрузка потребителя, понижение напряжения или внезапное отключение затем включение сети, обрыв одного из проводов, короткое замыкание и другие. Почти во всех случаях потребляемый ток увеличивается и превышает номинальное значение. Это приводит к перегреву изоляции проводов, обмоток электродвигателей, ламп, нагревательных приборов и выходу их из строя.
Аппараты защиты осуществляют защиту электроустановок от чрезмерных тепловых воздействий тока, возникающих при коротких замыканиях и перегрузках, от недопустимого снижения напряжения сети и др.
Требования, предъявляемые к аппаратуре управления и защиты:
-величина тока потребителей и напряжение сети не должны превышать номинальных значений, указанных в паспорте аппарата;
-для обеспечения электробезопасности нельзя применять аппараты с доступными прикосновению людей токоведущими частями.;
-на каждом аппарате должны быть обозначено его включенное и отключенное положение;
-в зависимости от условий работы используются аппараты различных исполнений (открытого, закрытого, защищенного, герметического и взрывобезопасного );
-в зависимости от частоты включений: для частых включений и отключений используют автоматическую аппаратуру, для нечастых включений можно использовать неавтоматическую аппаратуру (включение вручную).
Классификация аппаратуры управления и защиты.
2.4.1. Неавтоматическая аппаратура.
Рубильники являются простейшими аппаратами ручного управления в цепях напряжением до 500В. Их изготавливают одно-, двух- и трехполюсными на номинальные токи до 600А. Служат они для нечастых включений и отключений электрических цепей.
Трехполюсный рубильник Р с центральной рукояткой предназначен для отключения только обесточенных электрических цепей. Для включения и отключения цепей под нагрузкой и для пуска электродвигателей применяют рубильники с боковой рукояткой типа РБ (см. Стенд), закрытые глухими кожухами.
На рубильниках обозначают номинальный ток Iн, на который они рассчитан: 100, 200, 400, 600 А. Это длительный ток, который может проходить через данный аппарат, не повреждая его.
Предельная разрывная величина тока значительно ниже номинального тока рубильника. Для повышения разрывной способности рубильники снабжают дугогасительными камерами.
В настоящее время рубильники в чистом виде имеют ограниченное применение. Они широко используются в составе распределительных и соловых ящиков и щитов.
Пакетные выключатели и переключатели являются более совершенными и компактными аппаратами, чем рубильники. Они бывают одно-, двух- и трехполюсным, в открытом исполнении типа ПК (см. стенд) и герметические типа ГПК на номинальные токи от 10 до 400А (при напряжении постоянного и переменного тока 220В) и от 6 до 250А (при напряжении переменного тока 380В).
Пакетный включатель ПК состоит из плоских цилиндрических пакетов, набираемых на скобу со стяжными шпильками. В каждом пакете происходит разрыв электрической цепи с помощью подвижного и двух неподвижных контактов. Гашению электрической дуги способствуют фибровые дугогасительные шайбы и устройство, обеспечивающее при помощи пружины фиксацию и быстрое, независимое от скорости поворота рукоятки, переключение контактов.
Кнопочные выключатели предназначены для управления электродвигателями малой мощности до 0,25 кВт постоянного тока напряжением 220В и до 4 кВт переменного тока напряжением до 500В.
Кнопочный выключатель в пластмассовом корпусе смонтирован на фарфоровом основании. Он состоит из контактов, дугогасительной камеры, кнопок включения и отключения. Для замыкания цепи необходимо нажать на кнопку включения, при этом приводится в действие рычажно-шарнирный механизм, который нажимает на плоские пружины подвижных контактов, в результате чего происходит замыкание подвижных и неподвижных контактов. При нажатии на кнопку отключения рычаг, связанный с этой кнопкой, переводит механизм в исходное положение.
Воздушные автоматические выключатели (автоматы) предназначены для редких включений и отключений электрических цепей вручную и для автоматического размыкания цепи при коротких замыканиях и перегрузках.
Автоматы применяются для работы в цепях переменного тока напряжением до 660В и постоянного - до 220В. Бывают одно-, двух- и трехполюсные. Рассчитаны на токи до 100А (серии АЕ-2000) и до 600А (серии А3100).
Включают автомат только вручную поворотом рукоятки вверх (после автоматического отключения рукоятка сначала поворачивается вниз - механизм «взводится», а потом - вверх), а отключают вручную (поворотом рукоятки вниз) и автоматически.
Механизм, с помощью которого происходит замыкание и размыкание цепи тока в автомате, называется расцепителем.
Расцепители автоматов могут быть трех типов: электромагнитные, мгновенно отключающие аппарат при достижении определенной величины токов короткого замыкания; тепловые, защищающие от токов перегрузки (чем больше перегрузка, тем быстрее отключится аппарат); комбинированные, имеющие электромагнитный и тепловой элементы (рис.4.1).
Действие электромагнитного расцепителя основано на свойстве электромагнита притягивать с различной силой стальной сердечник в зависимости от величины тока, обтекающего обмотку электромагнита.
Проследим действие электромагнитного расцепителя однополюсного автомата (рис.4.1.б). При достижении током, проходящим через автомат, определенной величины, электромагнит 8 притягивает якорь 7, преодолевая сопротивление пружины 5. При этом рычаг 3, поворачиваясь, освобождает защелку 2, и контакты автомата размыкаются под действием пружины 1.
Действие теплового элемента расцепителя основано на свойстве биметаллической (т.е. из двух металлов или сплавов с различным коэффициентом линейного расширения) пластинки изгибаться при нагреве в сторону слоя с малым коэффициентом линейного расширения.
Рассмотрим действие теплового элемента расцепителя автомата (рис.4.1.а). Биметаллическая пластинка 4 с одной стороны неподвижно закреплена, а другой ее конец опирается на толкатель 6. При превышении определенной величины тока нагрузки, протекающего через нагревательный элемент теплового расцепителя 9, происходит интенсивный нагрев биметаллической пластин 4, которая, изгибаясь, через толкатель 6 воздействует на рычаг 3, освобождая защелку 2 автомата. Пружина 1 размыкает контакты, и автомат отключается.
Таким образом, электромагнитный и тепловой элементы расцепителя действуют независимо друг от друга на механизм расцепления контактов
Для быстрого гашения дуги, возникающей при размыкании контактов, автомат снабжен на каждой фазе специальной дугогасительной камерой. Камера состоит из металлических пластинок, укрепленных в каркасе из листовой фибры.
Трехполюсные автоматы с комбинированным расцепителем целесообразно применять для защиты электроустановок трехфазного тока, в том числе асинхронных электродвигателей. Это исключает работу двигателя на двух фазах, так как при перегрузке или коротком замыкании в любой обмотке отключаются контакты всех фаз.
Автомат выбирают по номинальному току двигателя. Тепловой расцепитель настраивают специальным регулятором на номинальный ток двигателя. Его отключение происходит при токах на 35-40% превышающих номинальный с выдержкой времени. Электромагнитный расцепитель не должен срабатывать от пускового тока двигателя и настраивается на ток «отсечки» в 10-12 раз больший номинального. При коротком замыкании отключается мгновенно.
Рис.4.1. Принципиальная схема автоматического выключателя с комбинированной защитой: а) автомат во включенном состоянии; б) автомат разомкнут под действием электромагнитного расцепителя; в) автомат разомкнут под действием теплового расцепителя.
Плавкие предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания. Предохранители разрывают электрическую цепь при перегорании (расплавлении) плавкой вставки (металлической пластинки или проволоки) под воздействием токов короткого замыкания.
При защите электродвигателя плавкие предохранители устанавливают между рубильником (или другим выключателем) и электродвигателем. Предохранители применяются трубчатые ПР-2, ПН-2 и пробочные резьбовые ПРС (см. стенд).
Предохранитель ПР состоит из фибровой трубки с латунными колпачками на концах и плавкой вставки из листового цинка.
При расплавлении вставки, под влиянием высокой температуры электрической дуги фибра патрона выделяет газы, которые создают в патроне высокое давление, что способствует быстрому гашению дуги. Предохранители ПР-2 выпускают на номинальные токи от 15 до 1000А.
Предохранители ПН-2 имеют разборный фарфоровый патрон с каналом цилиндрической формы, заполненным кварцевым песком (см.стенд). Плавкая вставка из медной ленты приварена к контактным шайбам. Песок служит для гашения дуги в момент расплавления вставки. Недостаток этих предохранителей - сложность перезарядки.
Предохранители ПН-2 выпускаются на токи от 100 до 1000А.
Для защиты электродвигателей небольшой мощности применяют фарфоровые проволочные предохранители на номинальные токи до 60А.
Ток, на который рассчитан корпус предохранителя, называют номинальным током предохранителя; величину тока, на которую рассчитана плавкая вставка - номинальным током вставки. Это основная характеристика предохранителя, которую нужно знать при его выборе.
По нормам плавкая вставка предохранителя должна выдерживать, не перегорая, ток, на 30% превышающий величину ее номинального тока, и расплавляться в течение часа при токе, превышающем номинальный на 60-70%. При этом, вставка расплавляется тем скорее, чем больше перегрузка ее током (таблица 4.1).
Таблица 4.1