книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

Пакетные выключатели и переключатели (табл. 4) выдержива­ ют 200 000 включений при частоте не более 5 переключений в ми­ нуту.

Рис. 46. Пакетный выключатель* .

гие контакты, 5 — неподвижные контакты, 6 — изоляционный диск

* В скобках указана величина выключателя.

§ 19. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ (АВТОМАТЫ)

Автоматы широко применяются в установках переменного тока напряжением не более 1000 В и постоянного тока напряжением до 1000 В и более. В установках постоянного тока используются двух­ полюсные автоматы, а в установках переменного тока — трехполюс­ ные. Автоматы служат для нормальных коммутационных операций под нагрузкой, а также для автоматического отключения элементов электрических установок при коротких замыканиях, перегрузках, значительном снижении или исчезновении напряжения. В цепях постоянного тока автомат, кроме того, может отключать установку при изменении направления тока и т. п. Наиболее распространены

92

автоматы максимального тока, которые отключают элементы уста­ новок при возникновении перегрузок и коротких замыканий.

На рис. 47 приведена схема действия трехфазного автомата, отключающего цепь, в которую он включается при возникновении е ней перегрузок, коротких замыканий, а также при значительном снижении напряжения. Автомат показан во включенном положе­ нии, в котором его удерживает защелка 5, оттягиваемая вниз пру-

жиной 14. Защелка сцеплена с рычагом 15, положение которого, изо­ браженное на рисунке, определяет замкнутое состояние контактов автомата. При перегрузке или коротком замыкании ток в цепи ав­ томата увеличивается, что ведет к увеличению магнитного поля соленоидов 1 0 или 1 2 (или одновременно того и другого при сим­ метричной перегрузке или трехфазном коротком замыкании), при этом якоря 4 в результате возросшего электромагнитного усилия соленоидов притягиваются к их сердечникам (притягивающее уси­ лие становится большим, чем усилие, создаваемое проти­ водействующими пружинами 11 и 13). При этом бойки 3 якорей ударяют по защелке 5, которая, поворачиваясь на своей оси, под­ нимается вверх, освобождая рычаг 15, вследствие чего под воздей­ ствием пружины 1 контакты автомата отключают цепь. Если в цепи резко снижается или исчезает напряжение, то автомат также отклю­ чается, так как соленоид 9 отпускает якорь 7 и тот под действием пружины 8 своим бойком освобождает защелку 5. Как это видно на рисунке, удерживающая обмотка соленоида 9 включена в цепь по­ следовательно с блок-контактами автомата, добавочным сопротив­

93

лением 16 и кнопкой дистанционного отключения 17 автомата. Воз­ можность дистанционного отключения— большое удобство при эксплуатации автомата.

Автомат можно включать вручную рукояткой или рычажным приводом. Некоторые автоматы снабжены электромагнитным при­ водом. Часто приводы автоматов имеют так называемый механизм свободного расцепления, который делает возможным отключение автомата и в том случае, если его рукоятка продолжительное вре-

мя удерживается (например, рукояткой оператора) во включенном положении. Благодаря наличию механизма свободного расцепления устраняется и опасность ушиба оператора рукояткой, если он недо­ статочно быстро отвел от нее руку после включения автомата, кото­ рый вследствие какого-либо повреждения в цепи в этот момент отключается.

Принципиальная схема механизма свободного расцепления авто­ мата показана на рис. 48. Как видно из рисунка, промежуточные звенья привода между рукояткой 7 и подвижным контактом 2 выполнены в виде системы ломающихся рычагов 4. Когда автомат включен, центр вращения шарнира 5 лежит немного ни­ же прямой, ' которую можно было бы провести через центры вращения шарниров 3 и 6 , и опуститься еще ниже не может. Таким образом, при повороте рукоятки 1 против часовой стрелки система рычагов 4, являясь жесткой, передает включающее усилие на кон­ такт 2, и автомат включается. Если под действием ударника соле­ ноида отключения звенья рычага повернутся так, что шарнир 5 окажется выше прямой, проведенной через центры вращения шар­ ниров 3 и 6 , то контакты 1 и 2 автомата разомкнутся при любом положении рукоятки. Чтобы вновь включить автомат, необходимо повернуть рукоятку в положение, соответствующее отключенному положению автомата (рис. 48, в), тогда центр шарнира 5 вновь ока­ жется расположенным ниже прямой 3—6 , и автомат может быть включен.

94

Поскольку механизм свободного расцепления обычно выполня­ ют так, что при изломе системы рычагов контакты автомата под действием специальных отключающих пружин (которые при вклю­ чении растягиваются) расходятся весьма быстро, скорость расхо­ ждения контактов автомата, а следовательно, и скорость гашения дуги между ними не зависят от быстроты действий оператора.

Контактная система автоматов максимального тока обычно состоит из двух контактов на каждую фазу. Одна пара контактов при этом выполняется дугогасительными, а другая — рабочими. Назначение дугогасительных контактов то же, что и в рубильниках.

ным и неподвижным контактами в процессе эксплуатации сохра­ няется достаточно малым. В связи с тем, что дугогасительные кон­ такты повреждаются дугой, их наконечники, воспринимающие раз­ рушающие воздействия дуги, делают съемными.

Маломощные автоматы, которые предназначены для отключе­ ния относительно небольших токов, могут иметь только одну пару контактов, совмещающих функции дугогасительных и рабочих кон­ тактов.

Для обеспечения необходимой дугогасительной . способности автоматов как при нормальном режиме, так и при режиме коротко­ го замыкания автоматы снабжаются асбестоцементными или кера­ мическими камерами со стальными дугогасительными решетками. На рис. 49 показана асбестоцементная гасительная камера со сталь­ ной решеткой, а на рис. 50 — дугогасительная решетка со сталь­ ными пластинами из дугостойкого материала.

Принцип действия камеры с решеткой следующий. Возникаю­ щая между дугогасительными контактами автомата дуга при от­ ключении перемещается по этим контактам вверх (это перемещение вызвано конвекционным потоком воздуха и электродинамическими силами, действующими на дугу) и входит в камеру, где попадает

9 5

в щель между расположенными перпендикулярно к дуге стальными пластинами. Дуга подобна проводнику с током и, следовательно, ее охватывают силовые линии электромагнитного поля. Эти линии стремятся наиболее полно замыкаться по стали пластин, что вызы­ вает дальнейшее затягивание дуги в щели решетки в верхнюю часть камеры. При этом длина дуги увеличивается и она дробится на ряд коротких последовательно включенных дуг, горящих в щели между пластинами. При соприкосновении с пластинами дуги ин­

от перегрузок и токов короткого за-*

Рис. 51. Трехполюсный автомат АП:

1 — цоколь_ кожуха, 2 — крышка кожуха, 3 — неподвижные контакты, 4 — денонная решетка, 5 — подвижные контакты, 6 — дугогасительная камера, 7 — рычаг для ре­ гулирования тока уставки максимального расцепителя

96

мыкания, называются установочными, их изготовляют обычно в расчете на токи не более 600 А. На рис. 51 показан установочный автомат максимального тока АП.

Для защиты установок постоянного тока от коротких замыка­ ний выпускают автоматы, собственное время действия которых не

цепь в самом начале короткого замыкания, когда ток еще не успел достигнуть своего максимально возможного значения.

§ 20. КОНТАКТОРЫ

Контакторы — это электромагнитные автоматические аппараты, предназначенные для автоматического и дистанционного управле­ ния электрическими цепями постоянного и переменного тока напря­ жением до 1000 В. Они широко применяются для частых включений

тушка обтекается током, при этом проявляются магнитные свойст­ ва сердечника, на котором расположена катушка; якорь 7 притя­ гивается к сердечнику, и рабочие контакты замыкаются. Одновре­ менно замыкаются блок-контакты 2 , шунтирующие кнопку 3 («Пуск»). Для отключения контактора достаточно нажать на кноп­ ку 1 («Стоп»), при этом цепь удерживающей катушки прерывается, и главные (рабочие) контакты размыкаются. Дуга, возникающая между расходящимися рабочими контактами, гасится на решет­ ке 6 . Одновременно с размыканием главных контактов изменяется и положение блок-контактов. Продолжительность процесса вклю­ чения контактора зависит от его типа и размеров, она составляет 0,08—0,1 с. На рис. 53 показан общий вид трехполюсного контак­ тора.

Рис. 53. Общий вид трехполюсного контактора:

/ — асбестоцементная камера, 2 — металлическая решетка, 3 — неподвижные контакты, 4 —сердечник электромагнита, 5 — ка­ тушка электромагнита, 6 — короткозамкнутый виток, 7 — якорь, 8 — подвижные контакты, 9 — траверса

§ 21. МАГНИТНЫЕ ПУСКАТЕЛИ

Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контак­ тор, снабженный двухполюсными тепловыми реле. Пускатели слу­ жат для дистанционного управления асинхронными короткозамк­ нутыми двигателями, защиты их от токов перегрузки йот исчезнове­

«Вкл.». Сердечник, удерживающий катушки, притягивает при этом якорь пускателя, в результате чего замыкаются его рабочие кон­ такты, и изменяется положение блок-контактов. Нормально ра-

98

зомкнутый блок-контакт замыкается и шунтирует кнопку «Вкл.», при этом цепи удерживающей катушки и пускателя остаются замк­ нутыми и при отпускании кнопки «Вкл.» Для отключения пускате­ ля достаточно нажать на кнопку «Откл.».

Встроенные двухполюсные тепловые реле защищают двигатель от токов перегрузки. В их конструкции предусмотрены биметалли­ ческие пластины, которые нагреваются током, проходящим по нихромовым нагревательным элементам 1 , включенным последователь­ но в первую и третью фазы двигателя. Пластины выполнены из двух металлов с различными коэффициентами линейного расшире­ ния. При достаточном нагреве (при протекании через нагреватель­ ные элементы токов перегрузки двигателя) пластины изгибаются в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения, при этом размыкается контакт 3 в цепи удерживающей катушки, и магнитный пускатель отключает двигатель. Наличие двух нагре­ вательных элементов, включенных в две различные фазы двигате­ ля, обеспечивает срабатывание реле при режиме как симметрич­ ной, так и несимметричной его перегрузки. Действительно, если одна из фаз двигателя окажется по какой-либо причине отключен­ ной, то в некоторых случаях он может продолжать работу на двух фазах, которые, однако, будут опасно перегружены. Так как тепло­ вых реле два, то даже при отключении фазы, имеющей тепловое реле, оставшееся в работе реле другой фазы, обеспечит отключение контактора, который прервет работу двигателя. В связи с тем, что продолжительность действия тепловых реле при коротких замыка­ ниях оказывается слишком длительной для своевременного отклю­ чения двигателя, для его защиты последовательно с магнитным пускателем включают автомат или плавкие предохранители.

§ 22. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Плавкие предохранители— наиболее простые аппараты, предо­ храняющие электрические установки, и их элементы от перегрузок и токов короткого замыкания. Основными элементами плавкого предохранителя являются: патрон или корпус, плавкая вставка, закрепленная в патроне, контактное устройство. Многие предохра­ нители снабжены также устройствами для гашения дуги, возника­ ющей при расплавлении вставки. Включенный в защищаемую цепь предохранитель должен при нормальном режиме работать неогра­ ниченно долго. Если же в цепи возникает перегрузка или корот­ кое замыкание, то при увеличении тока плавкая вставка нагрева­ ется и расплавляется, в результате происходит отключение защи­ щаемой цепи. Продолжительность плавления вставки зависит от плавящего тока и с увеличением его уменьшается.

Предохранители по конструкции разнообразны. Наиболее про­ стые из них — для установок напряжением до 1000 В — пластинча­ тые и пробочные. На рис. 55 показан пластинчатый предохранитель с открытой плавкой вставкой. Предохранитель смонтирован на изо­ ляционной плите вместе с вставками и контактами, служащими для

включения предохранителя в защищаемую цепь. Вставки вы­ полнены в виде заменяемых пластин. Они могут быть изготовлены из меди, серебра, цинка, свинца или их сплавов. Если ток, плавя­ щий медную вставку, принять за 1 0 0 %, то токи, плавящие вставки того же сечения из других металлов, будут примерно равны: для серебра — 50%, для цинка— 16%, для свинца— 13,5%. При их рас­ плавлении образуется открытая дуга, брызги расплавленного ме­ талла вместе с ионизированными раскаленными газами разлета­ ются от предохранителя во все стороны, что создает опасность для обслуживающего персонала и может повредить электрооборудова-

вставка

ние установки. Такого рода предохранители применялись ранее в установках напряжением преимущественно до 500 В. В настоящее время в новых установках такие пластинчатые предохранители не используются.

Пробочные предохранители широко применяются для защиты осветительных установок и электродвигателей небольшой мощно­ сти при напряжении до 380 В. Они выпускаются: а) с малой резь­ бой на 4—10 А и 250 В; б) с нормальной резьбой на 6—25 А до 500 В; в) с крупной резьбой на 15—60 А до 500 В. Преимущество этих предохранителей состоит в том, что плавкую вставку заменяют при вывинченной пробке, причем при ее вывинчивании не возника­ ет опасности прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Трубчатые предохранители с фарфоровой трубкой, внутри кото­ рой находится асбестовая трубка, применялись ранее в установках, рассчитанных на напряжение до 500 В и более, на ток до 400 А и на разрывной ток до 5000 А. В этих предохранителях фарфоровая трубка открыта с обоих концов, а плавкая вставка помещена внутрь трубки и прикреплена винтами к хомутикам, имеющимся на ее кон­ цах. При расплавлении вставки давление нагретого воздуха вну­ три трубки повышается, что вызывает появление продольного дутья, гасящего дугу. Брызги расплавленного металла вставки вы­ летают с обоих концов трубки вместе с раскаленным воздухом, что

100

создает опасность для обслуживающего персонала и рядом рас­ положенного оборудования. Гасительная способность продольного дутья этих предохранителей невелика, поэтому они могут разры­ вать только относительно малые токи короткого замыкания. В на­ стоящее время предохранители с открытыми трубками не выпуска­ ют, хотя они в некоторых случаях еще сохранились в эксплуатации.

предохранителях ПР составляет всего несколько тысячных долей секунды, в результате чего в цепи, защищаемой этими предохрани­ телями, создается эффект токоограничения. Предохранители ПР могут.отключать токи до 23 000 А при напряжении до 380 В. Рабо­ тают они бесшумно, без выброса частиц расплавленного металла, раскаленных газов и пламени. К недостаткам предохранителей этого типа следует отнести их несколько высокую стоимость и не­ обходимость периодически заменять фибровую трубку, которая после двух-трех отключений больших аварийных токов срабаты­ вается.

101