Электрооборудование нефтяной промышленности

При разрыве цепи обмотки приводного электромагнита под­ вижная система под действием возвратной пружины 11 прихо­ дит в нормальное положение. При этом при расхождении глав­ ных контактов возникает дуга Д, которая гасится в дугогаси­ тельной камере 7, имеющей изоляционные перегородки 6, растягивающие дугу и увеличивающие ее сопротивление. Для быстрого выхода дуги с контактов в камеру имеется система магнитного дутья, состоящая из обмотки 3, расположенной на стальном сердечнике 4.

Система магнитного дутья создает магнитное поле, с которым взаимодействует ток дуги. Возникающая электромагнитная сила ускоряет перемещение дуги (проводника с током) с контактов в дугогасительную камеру и способствует ее интенсивному ох­ лаждению изоляционными стенками камеры и гашению.

В зависимости от рода тока (постоянного или переменного), питающего катушку, магнитная система имеет конструктивные особенности. В контакторах постоянного тока сердечник цель­ ный, а в контакторах переменного тока — шихтованный из электротехнической стали. Это обеспечивает уменьшение вихре­ вых токов и уменьшение потерь в сердечнике. У контакторов постоянного тока притягивающее усилие создается постоянным, а у контакторов переменного тока — пульсирующим магнитным потоком. Во избежание вибрации якоря под действием пульси­ рующего магнитного потока <в магнитной системе предусматри­ вается короткозамкнутый виток из .меди или латуни. Наличие такого витка создает сдвиг по фазе в пульсирующих магнитных потоках, воздействующих на якорь, обеспечивая его устойчивое притяжение.

Магнитные пускатели — электрические аппараты, предназна­ ченные для пуска, реверса, отключения и защиты электродвига­ телей. Для управления асинхронными двигателями небольшой мощности используют магнитные пускатели с прямоходовой подвижной системой.

Пускатели серии ПМЛ предназначены для дистанционного прямого пуска и остановки трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Эти пускатели защищают двига­ тель от перегрузки с помощью теплового реле и от токов, воз­ никающих при обрыве одной из фаз. Контакторы пускателей, изготовляемые на напряжение 380 В и токи 10—63 А, имеют прямоходовую систему Ш-образного типа, а на токи 80— 200 А — П-образного типа.

Управление асинхронными двигателями средней мощности (17—75 кВт) при напряжении 380 и 500 В осуществляют с по­ мощью магнитных пускателей серии ПАЕ, имеющих подвижную систему поворотного типа (рис. 4.4,6). Пускатель собирают на металлическом основании 1. Неподвижные контакты 2 разме­

120

щены внутри изоляционных камер 10, подвижные 9 мостикового типа — на якоре 6. Нажатие контактов осуществляется пружинами 8, а двукратный разрыв цепи улучшает условия га­ шения дуги.

Неподвижный магнитопровод 4 с обмоткой 5 установлен на амортизирующей пружине 3. Подвижная система пускателя воз­ вращается в отключенное положение за счет силы тяжести и пружины 7. Во избежание вибрации якоря в магнитопроводе установлен короткозамкнутый виток. Для защиты двигателей от перегрузки в пускателях используют встраиваемые тепловые реле 11.

Отечественная промышленность выпускает магнитные пуска­ тели во взрывозащищенном исполнении серий ПМ701А на но­ минальный ток 250 А и ПМ702А на 256, 100 А.

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для включения и отключения электрических цепей и электро­ оборудования, а также для защиты при коротких замыканиях и перегрузках.

Выключатели серии А3700, различных модификаций на номи­ нальные токи от 40 до 630 А имеют полупроводниковый и электромагнитный расцепители максимального тока с уставка­

дугогасительные контакты 1. Дуга образовавшаяся в результа­ те коммутации токовой цепи, гасится в дугогасительной камере. Для получения надежного контакта разрывные и главные кон­ такты имеют контактные пружины 2.

Для включения автомата необходимо нажать на рукоятку 11 (ручной привод) или подать напряжение на электромагнит 10 (дистанционное включение), который с помощью рычагов 12 поворачивает основную несущую деталь 5 в рабочее положение. При этом отключающая пружина 13 растягивается и вся систе­ ма встает на защелку 6.

Автомат обеспечивает защиту электрооборудования от корот­ кого замыкания и минимального напряжения. При прохожде­ нии тока короткого замыкания катушка 8 максимального рас­ цепителя воздействует на катушку с подвижным сердечником и

подается напряжение сети, и пружину. При номинальном напря­ жении сети их усилия уравновешиваются и шток соленоида не воздействует на отключение автомата. При снижении напряже­ ния сети сила, развиваемая подвижным сердечником, недоста­ точна, и его шток под действием пружины 7 выбивает защел­ ку 6. В автоматике предусматривается возможность дистанцион­ ного отключения автомата с помощью контакта SQ.

121

Рис. 4.5. Автоматический выключатель:

в — внешний вид; 6 — принципиальная схема

Автоматы могут иметь электромагнитный или тепловой рас­ цепитель, а также комбинированный расцепитель с тепловым и электромагнитным элементами.

Селективная защита достигается подбором автоматов не только по номинальному току, но и по времени срабатывания. Чем дальше стоит автомат от потребителя, тем больше его номинальный ток и больше время срабатывания.

Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от коротких замыканий и больших перегрузок. Защищае­ мая им цепь отключается путем разрушения специально преду­

4.6), изолирующей трубки 2, выводных ножей 3 и колпачков 4. Трубки некоторых предохранителей имеют наполнение из

122

Рис. 4.6. Предохранитель

Рис. 4.7. Резисторы

кварцевого песка, что способствует быстрому гашению дуги при расплавлении плавкой вставки.

Существуют предохранители, настолько быстро размыкаю­ щие цепь, что ток короткого замыкания не успевает достичь установившегося значения. Такое токоограничивающее действие предохранителя особенно важно при защите полупроводниковых выпрямителей и преобразователей.

Селективная защита потребителей обеспечивается выбором предохранителей на различные значения номинальных токов. При коротком замыкании на потребителе должен перегорать бли­ жайший к нему предохранитель, а остальные потребители долж­ ны оставаться под напряжением.

Реостаты — это аппараты, сочетающие в себе резисторы и переключающее устройство. В зависимости от назначения их делят на пусковые, регулировочные, пускорегулировочные, тор-

123

мозные и др. Пусковые и тормозные реостаты работают в крат­ ковременном режиме, поэтому в них допускается повышен­ ная плотность тока. Для уменьшения габаритов резисторов их изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлени­ ем и высокой допустимой рабочей температурой. Они не должны изменять свое сопротивление при нагревании и подвер­ гаться коррозии.

При продолжительном режиме работы применяют бескаркас­ ные спирали из круглой проволоки или ленты (рис. 4.7, а), закрепленные на рамке и обладающие хорошей теплоотдачей в окружающую среду. Для кратковременного режима работы применяют резисторы на теплоемком каркасе из жаропрочного керамического материала (рис. 4.7, б), в которых тонкая про­ волока после намотки на цилиндр покрыта слоем стекловидной эмали для защиты от повреждения. Эти резисторы выпускаются с номинальной рассеиваемой мощностью до 150 Вт.

Более мощные резисторы выполняют в виде рамочных эле­ ментов из константана (рис. 4.7, в). Они состоят из стальной пластинки с надетыми на нее фарфоровыми полуцилиндрами, на которые намотана проволока или лента. Длительный ток рамоч­ ных элементов 1,2—42 А.

Резисторы к мощным двигателям представляют собой лен­ точные фехралевые элементы (рис. 4.7, г), состоящие каждый нз стального каркаса, на котором укреплено нагревостойкое основание (фарфоровое), фехралевая лента в виде спирали намотана на ребро. Элементы из фехраля комплектуются в ящи­ ки на силу тока 24—215 А. В каждом ящике размещается пять элементов.

Пусковые резисторы на значительный ток выполняют из ли­ тых зигзагообразных чугунных пластин с отверстиями на обоих концах (рис. 4.7, д). Чугунные элементы собирают на изолиро­ ванных стержнях в ящики. Длительный ток ящиков типа 2024 равен 215 А.

4.4. Аппараты п устройства автоматического управления электроприводами

В системах автоматического управления электроприводами используются различные аппараты п устройства: реле, путевые выключатели, усилители и др.

Реле— это аппарат, в котором при плавном изменении вход­ ной величины выходная изменяется скачкообразно. По виду входного сигнала различают реле тока, напряжения, мощности п др. Выходной величиной обычно служит электрический сигнал. По принципу действия различают реле электромагнитные, маг­ нитоэлектрические, индукционные, тепловые и др. Существуют

т

Рис. 4.8. Электромагнитное реле

реле, реагирующие на разность каких-либо величин (дифферен­ циальные), скорость изменения входной величины и др.

По воздействию на управляемую цепь реле разделяются на контактные и бесконтактные. Первые замыкают и размыкают электрическую цепь контактами, которые могут быть замыкаю­ щими и размыкающими. Вторые могут резко изменять свое внутреннее сопротивление от нуля до бесконечности, что приво­ дит к скачкообразному изменению тока.

Наиболее распространены электромагнитные реле (рис~ 4.8,а). Контактная группа состоит из размыкающих 6 и замы­ кающих контактов 8, соединенных штоком 7. Пружина 9 обес­ печивает их надежное касание. Винтом 4 можно регулировать воздушный зазор, а гайкой 5 — натяжение пружины 10. В таком реле входной величиной можно считать ток в катушке шли на­ пряжение на ней; выходной — ток через контакты 8. Прш уве­ личении тока в катушке /кат от нулевого значения будет увели­ чиваться магнитный поток и сила притяжения якоря Млшншь мальный ток катушки, при котором срабатывает реле,, шазанпвшияг током срабатывания / ср, максимальный ток, шрпп шигорош реле отпускается, называют током отпускания /©щс (ршь. 4®, $)).. Катушки реле могут питаться постоянным иди шеремешшш током. В случае питания переменным током маш итш рш вд Л„ 22 реле выполняется шихтованным.

Кроме тока срабатывания и отпускания, роде может харак­

а в электронных и полупроводниковых /С®=0,99. Для ©бешеч&- ния надежной работы реле номинальное напряжению катушш реле несколько больше напряжения срабатывания.

Если обозначить номинальную мощность, потребляемую ка­ тушкой Р„, а мощность, пропускаемую через контакты Р^т, ^ коэффициент усиления реле по мощности К=РтЛ Р*>

1Й&-

Время от момента подачи сигнала на катушку до момента замыкания контактов называется временем срабатывания tcv По времени срабатывания реле делят на безынерционные (£Ср< <0,001 с), быстродействующие (0,001</Ср<0,05 с), нормальные (0,05</Ср<0,25 с) и реле времени (/Ср>0,25 с). Время от момен­ та снятия сигнала с катушки до момента размыкания контактов называется временем отпускания ?отп*

Ресурс реле может составлять несколько миллионов циклов «включено — отключено».

Реле могут выполнять функции защиты и управления элект­ роприводом, осуществляя защиту от перегрузки, короткого за­ мыкания повышенного или пониженного напряжения.

Реле тока срабатывает при определенном значении тока си­ ловой цепи. Уставка на ток срабатывания может регулиро­ ваться при помощи пружины или переключения катушек обмот­ ки с последовательного соединения на параллельное. Катушка реле включается в силовую цепь через трансформатор тока и имеет малое число витков из провода большого сечения.

Реле напряжения устроено аналогично реле тока и реагиру­ ет на изменение напряжения. Обмотка реле включается в сеть параллельно с нагрузкой или с участком цепи, она имеет боль­ шое число витков и провод малого сечения.

Существуют реле максимального и минимального напряже­ ния. Реле максимального напряжения срабатывает при напря­ жениях выше, а минимального напряжения — ниже допустимого значения.

Промежуточное реле включается в сеть параллельно нагруз­ ке и служит для усиления и размножения сигналов. Большое число контактов позволяет одновременно управлять несколькими цепями; одни из них замыкаются, другие размыкаются.

Реле времени применяется в тех случаях, когда нужно уве­ личить время срабатывания или отпускания. Выдержка времени может быть создана различными способами. Рассмотрим реле времени с электромагнитным замедлением (рис. 4.9, а). Эле­ менты реле закреплены на основании 1. Обмотка 3 такого реле размещается на сердечнике магнитопровода 4 и питается только постоянным током. Если гильза 2 отсутствует, то при подаче напряжения на катушку магнитный поток возрастает по экспо­ ненциальному закону до установившегося значения Фуст (рис.

при возрастании магнитного потока в ней индуцируется э.д. с. По правилу Ленца вызванный ею ток препятствует возрастанию магнитного потока, который теперь будет возрастать медленнее

126

(рис. 4.9, б, кривая 2). Требуемое значение tcр можно изменять дискретно, если гильза набирается из отдельных шайб. Если увеличить натяжение пружины 8 (см. рис. 4.9, а ), то время срабатывания также возрастет.

Реле с электромагнитным замедлением может иметь выдерж­ ку времени не только при срабатывании, но и при отпускании. Регулировать выдержку времени можно теми же способами, что и при срабатывании, но есть и другие способы. Немагнитная латунная прокладка 5 создает зазор в притянутом состоянии якоря, магнитный поток при этом небольшой. При отключении катушки он быстро достигает значения отпускания (рис. 4.9, в, кривая 3). На время срабатывания прокладка не влияет. Если затянуть пружину 7, то /0тп также уменьшится (кривая 2).

С помощью электромагнитных реле времени обеспечивается выдержка времени до 5— 10 с. Выдержку времени в несколько минут и часов получают с помощью электронных и моторных реле времени.

Электромагнитные реле типов РН-50, РЭ-5000, РЭВ-800 и РЭВ-880 применяются в электрических схемах буровых устано­ вок в качестве промежуточных реле, реле напряжения и реле времени.

Герконы — это реле с магнитоуправляемыми контактами, (рис. 4.10). В откачанный стеклянный баллон 4 введен инерт­ ный газ и впаяны контакты 1 из ферромагнитного материала.

127

Вокруг баллона расположена обмотка постоянного тока 2. При включении реле по этой обмотке проходит ток, образуя магнит­ ное поле 3, которое намагничивает контакты 1, в результате чего они притягиваются друг к другу и замыкают цепь управления.

Герконы отличаются малыми габаритами и массой, а также высокой надежностью и виброустойчивостью. При использова­ нии герконов существенно снижается зависимость параметров работы коммутационной аппаратуры от внешней среды, улуч­ шаются массогабаритные показатели системы управления.

Путевые выключатели служат для автоматического управле­ ния в функции пути или положения отдельных узлов механиз­ ма. С их помощью обеспечивается также безопасность обслужи­ вающего персонала и предотвращение аварий. В буровых уста­ новках, например, конечный выключатель отключает подъем­ ный двигатель, если по недосмотру бурильщика крюк будет поднят выше 26 м над уровнем пола буровой.

Путевые выключатели могут быть контактными и бескон­ тактными. Последние имеют более высокую надежность. В ци­ линдрическом корпусе 1 бесконтактного путевого выключателя (рис. 4.11) размещена электронная схема, залитая компаундом, в качестве которого используют эпоксидную смолу. Чувствитель­ ным элементом схемы служит катушка индуктивности 4, распо-

j- 5

Рис. 4.11. Б еск он так тн ы й п утевой вы к л ю ч ател ь

128

ложенная в торцевой части выключателя. При приближении металлического предмета 5 к торцевой части выключателя изменяется индуктивность катушки, на что реагирует электрон­ ная схема ( Э С ) , включая или отключая реле К в системе уп­ равления оборудованием. Подключение бесконтактного путевого выключателя к схеме управления и источнику питания осуще­ ствляется проводами 2, а закрепление на конструктивных элементах оборудования — с помощью гаек 3. В контактных путевых выключателях включение (отключение) контактов про­

исходит при воздействии движущегося предмета на шток или ролик.

Отечественная промышленность выпускает путевые выклю­ чатели во взрывозащищенном исполнении типа ВК-700.

Бесконтактные логические элементы — это устройства, кото­ рые с помощью электронных схем реализуют логические функ­ ции — зависимость выходного сигнала от комбинации входных сигналов. Бесконтактные логические элементы, вытесняющие релейно-контакторные, непрерывно совершенствуются по мере развития электроники.

К типовым функциям, реализуемым эти элементы, от­ носят: ИЛИ (логическое сложение), И (логическое умножение), НЕ (инвертирование) и их комбинации ИЛИ — НЕ, И — НЕ

идр. (табл. 4.1).

Впервой строке табл. 4.1 приведена схема, в которой два

параллельно включенных замыкающих контакта Xi и Х2 позво­ ляют включить реле У при замыкании контакта Х\ или Х2. Тог­

Обычно все возможные сочетания представляют в виде таблиц, называемых таблицами истинности (табл. 4.2). Число входных величин может быть больше двух (три, четыре и т. д.).

Схема второй строки (см. табл. 4.1) представляет собой последовательное соединение двух замыкающих контактов Х\ и Х2, которые позволяют включить реле У при их замыкании

можные сочетания приведены в табл. 4.2.

В схеме, приведенной в третьей строке (см. табл. 4.1) име­ ется размыкающий контакт Хь включенный последовательно с катушкой реле У. Когда контакт Х\ имеет логический 0, т. е. реле Х\ не включено, тогда реле У подключено к напряжению^. Такую логическую связь называют инверсией или логической функцией НЕ (отрицание): Y=X\ (черточка сверху означает инверсию или инвертирование сигнала).

Рассмотрим, как логические функции можно реализовать на полупроводниковых элементах.