Розділ 3 електроустаткування гірничих підприємств

3.1. Апаратура ручного керування у ланцюгах напругою до 1140 вв

Електрична апаратура може бути класифікована за такими ознаками: призначенням, способом керування, принципом дії, родом струму, напругою, конструктивним виконанням у відношенні захисту від навколишнього середовища - відкрите, захищене, закрите, герметичне, вибухобезпечне.

До апаратів ручного керування відносяться: рубильники і перемикачі, пакетні вимикачі, універсальні перемикачі, роз'єднувачі, ручні пускачі, контролери, автоматичні вимикачі та ін.

Рубильники є найбільш простими за конструкцією електричними апаратами керування, призначеними для включення і відключення ланцюгів постійного і змінного струму при номінальних струмах до 1000 А. Рубильники випускаються в одно-, двох- і трьохполюсному виконанні з центральною або бічною ручкою і з бічним або центральним ричажним приводом.

Часто рубильники крім головних ножів мають додаткові ножі. При вимиканні головних ножів додаткові ножі на якийсь час залишаються в губках, а потім пружиною швидко вимикаються, чим прискорюється процес гасіння дуги і забезпечується цілісність головних ножів і губок.

Перемикачі являють собою перекидний рубильник. За аналогією з рубильниками вони випускаються з центральною або бічною ручкою і з бічним або центральним ричажним приводом.

Пакетні вимикачі і перемикачі призначаються для ланцюгів постійного і змінного струму напругою до 380 В. Вони застосовуються в якості пускачів для двигунів невеликої потужності (на номінальний струм до 60 А) і перемикачів із зірки на трикутник, у різних схемах керування і сигналізації.

Пакетні вимикачі випускаються одно-, двох- і трьохполюсними. Вимикач має рухомі і нерухомі контакти. Принципова схема пакетного вимикача показана на мал. 3.1. При повороті ручки рухомі контакти під дією сильних пружин, розташованих під кришкою перемикача, швидко повертаються і роблять одночасно замикання або розмикання декількох електричних ланцюгів.

Перемикач має механізм миттєвої дії, тому швидкість переключення контактів не залежить від швидкості обертання ручки.

Мал. 3.1. Схема пакетного вимикача:

1- рухливий контакт (ніж), 2 - нерухомий контакт (щока), 3 - нерухомі кільця (пакети), 4 - валик

Виготовляються пакетні вимикачі: загального призначення (однополюсні, двохполюсні, трьохполюсні), захищеного виконання (двохполюсні, трьохполюсні), герметичного виконання (двохполюсні, трьохполюсні).

Вибираються рубильники і перемикачі, а також пакетні вимикачі і перемикачі за номінальним струмом і напругою з дотриманням умови:

; ,

де , - номінальні напруга і струм рубильника або пакетного вимикача; , - робоча напруга і струм.

Контролери - апарати, що дозволяють робити ряд операцій у схемах електропривода - пуск, зупинку, реверсування, гальмування і регулювання частоти обертання двигунів постійного струму та асинхронних двигунів із фазним ротором.

Існують дві групи контролерів - безпосереднього, або ручного керування і магнітні контролери. Замикання і розмикання контактів у силових ланцюгах контролерів із ручним керуванням виконуються за допомогою механічних пристроїв, які приводяться в дію машиністом. В магнітних контролерах для переключень у силових ланцюгах використовуються контактори і реле, які встановлюються на спеціальних панелях. Керування контакторами і реле в магнітних контролерах здійснюється машиністом дистанційно за допомогою командоконтролерів.

За конструкцією розрізняють контролери барабанного та кулачкового типів. В барабанних контролерах на валу контролера за допомогою сегментоутримувачів закріпляються контактні сегменти, по яких при повороті вала ковзаються контактні сухарі, виконуючи таким чином необхідні перемикання в схемі керування приводом. Приймаючи до уваги, що барабанні контролери не мають дугогасячих пристроїв, вони використовуються частіше за все для перемикання в ланцюгах без струму. Їх широко використовують як реверсивні вали в комбінованих контролерах (наприклад, в контролерах керування приводом електровоза). Кулачкові контролери мають контактну систему з дугогасячим пристроєм, що дозволяє вести перемикання в ланцюгах електроприводу при значних струмах та підвищує строк служби контролера. Перемикання в ланцюгах електропривода виконується у відповідності із програмою, що задається конфігурацією кулачків, розташованих на головному валу контролера. Роботу кулачкового контролера можна розглянути на прикладі контролера рудникового електровоза (мал. 3.2).

Мал. 3.2. Контакторний елемент кулачкового контролера КВС-201 (кулачковий контактор)

Контактний механізм кулачкового контролера складається з рухомого 4 та нерухомого 5 контактів, іскрогасячої котушки 6, іскрогасячої камери 7, ричага 2, підтримувача 8, пружини 3, гнучкого з’єднання 11, ізоляційної колодки 10, яка з нерухомим контактом 5 закріплюється на вертикальній стійці контролера. Рухомий контакт 4 закріплено на ричазі 2, який знаходиться під дією з одного боку пружини 3, а з другого - кулачкового диску 12, який насаджено на головний вал контролера 13. Ролик 1, закріплений на ричазі 2, ковзається по виступах та впадинах кулачкового диску (ізоляційної шайби) 12. Впадині відповідає замкнуте положення контактів, а виступу (кулачку) – розімкнуте.

На підтримувачі 8 рухомого контакту 4 закріплена пружина 9, під впливом якої при замиканні контакту першими доторкається один до одного зовнішні (верхні) кінці контактів. При подальшому натисканні кулачка на ролик проходить перекатування (притирання) одного контакту по другому. При розмиканні процес іде в зворотньому порядку. Таким чином робочі поверхні захищені від іскрінь, тому контакти можуть витримати велику кількість включень.

В контролері контактні елементи розташовуються на вертикальній стійці рядом з кулачковим валом (барабаном), на останній надіті ізоляційній шайби (кулачкові диски), які мають конфігурацію, яка відповідає розгортці контролера. При повороті валу контролера кулачкові диски виконують у відповідній послідовності замикання та розмикання контактних елементів і створюють необхідні з’єднання в електричних ланцюгах.

Послідовність замикання та розмикання контактних елементів контролера задається таблицею замикання контактів контролера або схемою (мал. 3.3).

Мал. 3.3. Схема з’єднання кулачкового контролера (ТМ -електромехані­чне гальмо)

В електроприводі головних механізмів екскаваторів і потужних бурильних верстатів велике застосування знаходять магнітні контролери з керуванням за допомогою командоконтролерів, використовується два види командоконтролерів: контролери барабанного типу з вугільними щітками і ножним керуванням (типів К-1000; К-1001; К-1004; К-1005; К-1006; ЭК-8200; ЭК-8250); контролери сельсинні, також із ручним і ножним керуванням. Як приклад на мал. 3.4. показаний пристрій командоконтролера типу К-1000 із ручним керуванням. В середині литого чавунного корпуса 7 розміщений барабан із двома мідними сегментами 3, укріпленими на ізоляційних секторах 16. Між сегментами й ізоляційними секторами укріплені чотири ізоляційні знімні планки 12 із дугостійкого матеріалу. На валу барабана встановлено храповик 22, що за допомогою собачки 8 і пружини 9 фіксує барабан тільки в нульовому положенні. Упори 21 обмежують поворот барабана. На траверсі 2 встановлено десять вугільних щіток 13. Кожна з щіток вкладена в тримач 1 із пластмаси і за допомогою пружинок притискається до поверхні барабана. Вал барабана обертається на шарикових підшипниках 17. На виступаючу з корпуса частину вала насаджена ручка 18, якою здійснюється поворот барабану. Між кришкою 11 і корпусом прокладається гумове ущільнення 10. На командоконтролері встановлені дві кнопки, кожна з одним нормально замкнутим і нормально розімкнутим контактами. Бічна кнопка 4 встановлюється з правої або лівої сторони корпуса і закривається кришкою 6. Управляється кнопка за допомогою головки 5 із пружинним поверненням. Кнопка 14 вбудована всередині корпуса; управляти цією кнопкою можна за допомогою важелів 15 і 20 із пружинним поверненням 19, укріпленим на ручці контролера. Проводи до щіток і кнопок підводяться через дно корпуса командоконтролера.

Мал. 3.4. Командоконтролер К-1000

На мал. 3.5. показано командоконтролер із ножним керуванням, що відрізняється від командоконтролера з ручним керуванням тим, що в нього відсутні храповик, собачка і кнопки.

Мал. 3.5. Командоконтролер з ножним керуванням:

1 – корпус; 2 – кулачковий барабан; 3 – кулачкові елементи; 4 – кришка; 5 - рейка

Універсальні перемикачі є малогабаритними апаратами загального призначення і при використанні в підземних виробках можуть застосовуватися тільки вбудованими у вибухонепроникній оболонці. Вони призначені для рідких переключень і відрізняються один від іншого числом секцій, діаграмою замикання контактів, числом фіксованих положень, кутом повороту і формою ручки. На валику закріплені кулачкові шайби, що при повороті ручки переключають контакти. Перемикач має 16 ланцюгів. Його контакти допускають тривале навантаження струмом до 20 А, а 10-секундне перевантаження до 75 А. У11-5300 вбудовані, зокрема, у магнітні станції керування типу СУВ-350 і їм подібні.

Для ручного керування електроприймачами напругою до 660 В (асинхронними електродвигунами невеликої потужності, освітлювальними установками) в шахтах, небезпечних за газом або пилом, застосовують пускачі ПРШ-1 (пускач ручний із штепселем) та ПРВ-3. Номінальний струм пускача при напрузі 660 і 380 В складає відповідно 6 і 10 А. У дві фази включені плавкі запобіжники для захисту від струмів к.з. (мал. 3.6.).

Мал. 3.6. Електрична схема пускача ПРШ-1

Пускач ПРШ-1 складається з власне пускача миттєвої дії (у якого швидкість руху контактів не залежить від швидкості переміщення приводної ручки) і штепселя, оснащеного механічним блокуванням, що не дозволяє включити пускач, якщо штепсель не вставлений, і вийняти штепсель при включеному пускачі.

У рудникових електромагнітних пускачах застосовують блокувальні реверсивні роз'єднувачі, що представляють собою трьохпозиційні комутаційні апарати з врубним контактним вузлом. Всі переключення робляться тільки при розімкнутому головному ланцюзі. При повороті вала роз'єднувача встановлені на ньому контактні губки замикають нерухомі контактні ножі. Включене і відключене положення роз'єднувача фіксуються фіксатором.

Мал. 3.7. Загальний вид (а), електрична схема (б) і діаграма роботи контактів

(в) реверсивного комбайнового вимикача ВРК-20

Для реверсування електродвигунів вугільних комбайнів випускаються вимикачі реверсивні комбайнові ВРК-20 (мал. 3.7., а). Вони використовуються, головним чином, у якості реверсивного роз'єднувача, тобто для підготування ланцюга до вмикання електродвигуна в ту або іншу сторону, а замикання ланцюга робиться магнітним пускачем на штреку. Вимикачі ВРК-20 мають шість головних і два допоміжних контакти. Головні контакти Q1 - Q6 (мал. 3.7., б) - замикаючі, тобто вони розімкнуті при нульовому положенні ручки вимикача, а допоміжні контакти - один замикаючий (Q7), іншій розмикаючий (Q8). Головні контакти Ql - Q3 замикаються при повороті ручки керування в одну сторону (мал. 3.7., в), a Q4 - Q6 - при повороті в іншу сторону. Замикання і розмикання головних контактів виконуються за допомогою механізму вмикання, що забезпечує їхнє безмиттєве замикання і миттєве розмикання. Вимикачі встановлюються у вибухонепроникній оболонці комбайна. При повороті ручки вбік відключення спочатку розмикається допоміжний контакт Q7, і тільки після цього відбувається миттєве розмикання головних контактів.

Вимикачі випускаються з правим - ВРК-20П (див. мал. 3.7., а) і лівим - ВРК-20Л розташуванням затискачів головного ланцюга. Номінальні напруга і струм головного ланцюга 660 В та 160 А, допоміжного - 36 В та 10 А.

Кнопкові вибухобезпечні вимикачі являють собою одно-, двох- і трьохкнопкові пости керування. Вибухонепрониклива оболонка трьохкнопочного поста керування КУ-93-РВ (мал. 3.8., а), що входить в серію КУ-90-РВ, складається з корпуса 2 і кришки 1, виконаних із високотривкого пресматеріалу АГ-4С. На корпусі є дві кабельні муфти 5 і 6 с гумовими каблучками для ущільнення кабелів (діаметром від 10 до 24 мм), які вводяться в кнопковий пост. Корпус розділений перегородкою на камери введень і кнопкових елементів. Приєднувальні штифти на панелях кнопкових елементів виконують також функцію прохідних затискачів, що з'єднують обидві камери.

Мал. 3.8. Кнопковий пост керування КУ-90-РВ (а, б) і кнопка КУВ-20 (в)

Номінальні напруга і струм кнопкових елементів - відповідно 60 В та 10 А. Контакти замикаються і розмикаються за допомогою скоби, закріпленої на валику ручки керування. У трьохкнопковому пості для двох кнопкових елементів використовується загальна ручка керування 7, виконана у вигляді двоплечевого важіля з написами В ("Вперед") і Н ("Назад"). Ручка керування 3 кнопки С ("Стоп") має засувку 4 прапорцевого типу, за допомогою якої ручка може фіксуватися в натиснутому положенні.

При використанні постів керування серії КУ-90-РВ в іскробезпечних ланцюгах керування в їх корпуси вбудовують діоди Д226В і резистори МЛТ-2-47 Ом (мал. 3.8., б), які монтуються на панелях кнопкових елементів.

Для керування пускачами очисних комбайнів, прохідницьких машин та інших шахтних механізмів застосовують також кнопки КУВ-20, що стають вибухобезпечними тільки після вбудови їх у вибухонепроникні корпуси електроблоків цих машин.

На підприємствах підземного будівництва для підключення пересувних струмоспоживачів з номінальною напругою змінного струму до 380 В та постійного струму напругою до 220 В широко використовують ящики ЯРШ та ЯРП-11. Ящик ЯРШ має кліматичне виконання У2, складається з сталевого корпусу з вбудованим в нього пакетним вимикачем та штепсельним роз'єднанням. Ящики ЯРП-11 мають ступінь захисту ІР-32 і кліматичне виконання У3.

Ящики ЯРП11-301-32У3 і ЯРП11-302-32У3 розраховані на номінальний струм 80 А (плавкі вставки запобіжника 30, 40, 50, 60, 80 А), ящики ЯРП11-341-32У3 і ЯРП11-342-32У3 - на номінальний струм 200 А (плавкі вставки 80, 100, 120, 150, 200 і 250 А).

Ящики дозволяють здійснювати ввод до двох кабелів або труб як зверху, так і знизу ящика, мають механічне блокування відкриття кришки ящика при включеному рубильнику.