Особенности монтажа средств учета
Приборы учета расхода электроэнергии устанавливаются на высоте 1,4 - 1,7 м от пола. Перед трехфазным счетчиком обязательно устанавливают отключающий аппарат (рубильник, автоматический или пакетный выключатель и т.п.). Счетчики должны быть непосредственного включения и иметь пломбу с клеймом госповерителя давностью на момент установки не более: трехфазные - 12 месяцев, однофазные - 2 года. При монтаже электропроводки для присоединения счетчиков около счетчиков необходимо оставлять концы длиной не менее 120 мм. Оболочка нулевого провода на длине 100 мм перед счетчиком должна иметь отличную окраску или специальную метку. В электропроводке к счетчикам паек не допускается.
Для безопасной установки и замены счетчиков в сетях напряжением до 660 В должна предусматриваться возможность отключения счетчика установленными до него на расстоянии не более 10 м коммутационным аппаратом или предохранителями. Снятие напряжения должно предусматриваться со всех фаз, присоединяемых к счетчику.
Трансформаторы тока, используемые для присоединения счетчиков на напряжении до 660 В, должны устанавливаться после коммутационных аппаратов по направлению потока мощности.
При трехфазном вводе автоматические выключатели, магнитные пускатели, электросчетчики, а также другую защитную и пусковую аппаратуру рекомендуется помещать в шкафу. Шкаф должен быть металлический, жесткой конструкции, исключающий вибрацию и сотрясение аппаратуры, а также иметь уплотнения, исключающие попадание влаги.
Конструкции и размеры шкафов, ниш, щитков и т. п. должны обеспечивать удобный доступ к зажимам счетчиков и трансформаторов тока. Кроме того, должна быть обеспечена возможность удобной замены счетчика и установки его с уклоном не более 15 градусов от вертикали.
Конструкция крепления должна обеспечивать возможность установки и съема счетчика с лицевой стороны. Допускается крепление счетчиков на металлических щитках.
Учет активной и реактивной электроэнергии трехфазного тока должен производиться с помощью трехфазных счетчиков. В сетях 220 В и выше с глухозаземленной нейтралью, в которых предусматривается длительная работа в режиме неравномерных нагрузок фаз, следует применять трехэлементные четырехпроводные счетчики.
Сечения проводов и кабелей, присоединяемых к счетчикам, должны приниматься в соответствии с ПУЭ. Заземление (зануление) счетчиков и трансформаторов тока должно выполняться в соответствии с требованиями гл.1.7 ПУЭ.
Монтаж аппаратуры управления электрооборудованием
Аппаратура управления электрооборудованием подразделяется на:
- выключающую, для отключения и включения электрических цепей;
- защитную - для защиты электрических цепей и машин при нарушениях режимов работы электроустановки;
- пуско-регулировочную - для осуществления пуска и регулирования частоты, тока и напряжения электрических машин;
- контролирующую - для контроля заданных параметров электрической цепи.
Электрические аппараты по принципу работы подразделяются на: контактные - путем замыкания и размыкания подвижных контактных частей осуществляется воздействие на управляемую электрическую цепь; бесконтактные, управление осуществляется путем изменения своих электрических параметров - сопротивления, емкости, индуктивности и т.д.
Электрические аппараты по напряжению подразделяются на аппараты низкого напряжения ( до 1000 В ) и высокого напряжения (свыше 1000 В).
Различаются аппараты постоянного и переменного тока.
Электрические аппараты по принципу действия делят на: электромагнитные, тепловые, индукционные. Электрические аппараты по количеству полюсов бывают: однополюсные, двухполюсные и трехполюсные.
Аппараты, применяемые для управления электрическими цепями, разделяются на неавтоматические и автоматические. Неавтоматическими аппаратами являются рубильники, переключатели, пакетные выключатели, ящики с рубильниками, кнопочные станции, управление которыми осуществляется вручную и применяется в цепях постоянного и переменного тока напряжением до 660 В.
Рубильники (рис.3.6) – простейшие аппараты ручного управления, изготавливаются одно-, двух- и трехполюсными с центральной (Р) или боковой рукояткой (РБ), с боковым или центральным рычажным приводом (РПБ, РПЦ). Рубильники с центральной рукояткой используют для размыкания обесточенных цепей, с боковой рукояткой или приводом для управления цепями под нагрузкой.При маркировке рубильников первая цифра после буквенного обозначения типа указывает число полюсов (1, 2 и 3), вторая - номинальный ток (1 - 100А, 2 - 250А, 4 - 400А, 6 - 600А).
Рисунок3.6. Рубильник с рычажным центральным приводом:
- рукоятка привода; 2-подвижные контакты; 3- неподвижные контакты.
Пакетные выключатели используют иногда вместо рубильников, а также в качестве пускателей для малыхэлектрических двигателей. Они могут быть одно- и многополюсными (до 7 полюсов) с номинальным током от 6 до 100 А при напряжении 220 В. Пакетный выключатель (рис.3.7) состоит из набора пластмассовых однополюсных колец, внутри которых расположены отдельные для каждого полюса контактные и искрогасительные устройства. Выпускают пакетные выключатели серий ПВ, ПК. В обозначении пакетного выключателя указывается число коммутируемых цепей и номинальный ток. Например, ПК-3-10 означает: пакетный кулачковый выключатель, 3 - число коммутируемых цепей, 10 А - номинальный ток контактов. Пакетные переключатели используют в качестве вводных и коммутационных аппаратов. Переключатели представляют собой набор однотипных пластмассовых коммутирующих пакетов с подвижным и неподвижным контактами. Посредством механизма мгновенного переключения подвижные контакты приводятся в действие общим валом квадратного сечения. Коммутирующий пакет состоит из пластмассового изолятора, в пазах которого находятся неподвижные контакты с винтами для подключения внешних проводов и пружинящих бронзовых подвижных контактов с фибровыми искрогасительными шайбами. Механизм фиксации и мгновенного переключения имеет фланец с фиксирующими пазами, бронзовую пружинную шайбу с прорезью, упор, заводную пружину, поводок и крышку.
Рисунок3.7. Пакетный выключатель: а – общий вид, б – полюс (вид сверху); 1 – изоляционные секции (пакеты); 2 – неподвижные контакты; 3 – подвижные контакты; 4 – четырехгранный валик; 5 – рукоятка; 6 – фибровые шайбы; 7 – крышка.
Посты управления кнопочные и кнопки применяют главным образом для ручного дистанционного включения и отключения электромагнитных аппаратов (контакторов, магнитных пускателей, реле и т. д.) в электрических цепях управления переменного тока напряжением до 600 В. Посты управления различают по виду и количеству встраиваемых в них аппаратов и способу управления. Кнопочные посты управления комплектуют из отдельных кнопочных элементов, имеющих каждый один замыкающий и один размыкающий контакты мостикового типа, электрически не связанные между собой. Контакты размыкаются и замыкаются при нажатии непосредственно на штифт кнопочного элемента. Контактные мостики возвращаются в исходное положение по прекращении воздействия на штифт или рычаг. Посты выпускаются с цилиндрическими толкателями черного («Пуск»), красного («Стоп») и других цветов. Посты изготавливают грибковым толкателем и со светосигнальной арматурой. Наиболее широкое применение нашли кнопки управления серии КЕ и посты управления кнопочные серий ПКЕ, ПКУ и КУ.
Структура маркировки кнопочных постов ПКЕ следующая:
ПКЕ Х1Х2Х3– Х4Х5,
где Х1– исполнение по эксплуатационному назначению (1 – для встройки в нишу, 2 – для пристройки к поверхности, 3 – подвесной и пр.);
Х2– исполнение по степени защиты;
Х3– материал корпуса (1 – металл, 2 – пластмасса);
Х4– количество управляющих элементов (1…3);
Х5– климатическое исполнение и категория размещения.
Пример маркировки: ПКЕ 222-3У3.
Посты управления различают по виду и количеству встраиваемых в них аппаратов и способу управления.
Кнопочные посты управления комплектуют из отдельных кнопочных элементов, имеющих каждый один замыкающий и один размыкающий контакты мостикового типа, электрически не связанные между собой.
Контакты размыкаются и замыкаются при нажатии непосредственно на штифт кнопочного элемента. Контактные мостики возвращаются в исходное положение по прекращении воздействия на штифт или рычаг.
Посты выпускаются с цилиндрическими толкателями черного ("Пуск"), красного ("Стоп") и других цветов. Посты изготавливают с грибковым толкателем и со светосигнальной арматурой.
Наиболее широкое применение нашли кнопки управления серии КЕ и посты управления кнопочные серий ПКЕ, ПКУ и КУ.
К автоматическим аппаратам относятся: плавкие предохранители, контакторы, магнитные пускатели, тепловые реле и автоматические выключатели и др..
Автоматические выключатели служат для автоматического размыкания электрических цепей при перегрузках и коротких замыканиях, при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастого включения и отключения цепей вручную.
Плавкие предохранители - простейшие защитно-коммутационные аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения электрических цепей при коротких замыканиях или длительных перегрузках. Работа предохранителя основана на тепловом действии тока. Он включается последовательно с защищаемой цепью и состоит из следующих основных элементов: корпуса и металлической плавкой вставки, которая представляет собой искусственно ослабленный участок цепи. Она нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи и расплавляется, когда сила тока превышает определенное значение. После отключения цепи плавкую вставку заменяют вручную.
Предохранители на напряжение ниже 1 кВ. В сельских сетях напряжением до 0,38 кВ наибольшее распространение получили предохранители типов ПР2, ПН2, ППН,НПН2, ПРС, ПАР и др. Предохранители типа ПР2 (разборный, с закрытыми патронами без наполнителя) изготавливаются на напряжение до 500 В и номинальные токи до 300 А. Патрон (корпус) предохранителя (рис.3.8) состоит из фибровой цилиндрической трубки с напрессованными на концах латунными обоймами 4 с резьбой. Латунные колпачки 5 навинчиваемые на эти обоймы, зажимают контактные ножи 1, к которым болтами присоединяют плавкую вставку 3. У предохранителей на токи до 60 А колпачки одновременно являются контактами. Патрон вставляют в неподвижные контактные стойки, укрепленные на изоляционной плите.
Рисунок3.8. Разрез патрона предохранителя типа ПР: 1 - контактный нож; 2 - фибровый патрон; 3 - плавкая вставка; 4 - обойма; 5 - колпачок.
Предохранители типа ПН2 (разборные с наполнителем) имеют наполнитель – мелкий кварцевый песок, который обеспечивает интенсивный теплоотвод от электрической дуги и быстрое ее гашение. Их изготавливают на напряжение до 500 В и номинальные токи 100…600 А. Патрон предохранителя ПН2 (рис. 3.9) состоит изконтактного ножа 1, крышки 2, фарфорового корпуса3, квадратногоснаружи и круглоговнутри,заполнителя из кварцевого песка 4, плавкой вставки 5, котораякрепится к крышке 2.
Рисунок3.9. Предохранитель типа ПН2:1 - контактный нож; 2 - крышка; 3 - фарфоровый корпус; 4 - заполнитель (кварцевый песок); 5 - плавкая вставка.
Маркировка предохранителей ПН2,как правило, включает серию, величину номинального тока предохранителя в амперах (тока, на который рассчитаны контакты, патрон), климатическое исполнение и категорию размещения, например ПН2-100У3. Номинальный ток плавкой вставки (ток, при котором вставка не перегорает неограниченное время) указывается на контактных ножах или на корпусе предохранителя.
Предохранители серии ППН с плавкими вставками общего назначения предназначены для защиты электрооборудования, промышленных установок электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий. Плавкие вставки предохранителей ППН – 250 А, 400 А, 630 А могут применятся в действующих установках вместо плавких вставок предохранителей ПН2. Предохранители могут комплектоваться указателем срабатывания (небольшой металлически стержень, выступающий из одной крышки при перегорании плавкой вставки и позволяющий визуально установить факт срабатывания предохранителя) и свободным контактом, сигнализирующим о перегорании вставки.
Структура маркировки предохранителей ППН, по данным изготовителя:
ППН – Х1Х2– Х3Х4– Х5Х6Х7,
ППН – серия предохранителя;
Х1Х2– номинальный ток: 33 – 160 А, 35 – 250 А, 37 – 400 А; 39 – 630 А;
41 – 1250 А;
Х3– способ монтажа и вид присоединения внешних проводников:
2 – на собственном изоляционном основании;
5 – на изоляционном основании комплектных устройств;
7 – на проводниках комплектных устройств;
Х4– наличие указателя срабатывания, свободных контактов:
0 –суказателемсрабатывания и контакты отсутствуют;
1 – с указателем срабатывания и свободными контактами;
3 – с указателем срабатывания, без свободных контактов;
Х5– степень защиты (00 –IP00);
Х6Х7– климатическое исполнение и категория размещения (УХЛ2, УХЛ3, Т3).
Пример маркировки: ППН-33-20-00УХЛ3.
Существуют также бытовые автоматические предохранители ПАР (предохранитель автоматический резьбовой). По своей конструкции он аналогичен более совершенному защитному аппарату – автоматическому выключателю и имеет ряд преимуществ: обеспечивает более надёжную защиту, не требует замены (допускает многократные срабатывания), прост в обслуживании.
Предохранители на напряжение выше 1 кВ.В сельских электроустановках на это напряжение применяются предохранители типа ПКТ и ПВТ (прежние названия соответственно ПК и ПСН). Предохранители типа ПКТ (с кварцевым наполнителем) изготавливают на напряжение до 35 кВ и номинальные токи 40…400 А. Наиболее широкое распространение получили предохранители ПКТ-10 на 10 кВ, устанавливаемые на стороне высшего напряжения сельских трансформаторных подстанций 10/0,38 кВ.
Предохранители характеризуются номинальным напряжением, номинальным током плавкой вставки, номинальным током предохранителя (контактной системы, патрона).
Одним из основных элементов предохранителя является плавкая вставка, которуюв большинстве случаев изготавливают из меди, цинка, свинца иреже из серебра. Свинец и цинк имеют низкую температуру плавления (соответственно 327 и 419 ºС) и значительную удельную теплоемкость. Предохранители со вставками из свинца и цинка благодаря своей тепловой инерции имеют большие выдержки времени срабатывания при перегрузках и соответственно легче выдерживают кратковременные перегрузки, однако,из-за значительного удельного сопротивленияониимеют большое сечение. При их перегорании, расплавлении и испарении образуются значительные количества паров металла, затрудняющих гашение дуги.
Медь и серебро имеют малое удельное сопротивление, высокую температуру плавления и малую удельную теплоемкость. Сечение вставок из них относительно не велико, что обеспечивает их быстрое срабатывание. Эти вставки чаще применяют в предохранителях со специальным наполнителем, где важно уменьшить объем плавящегося металла и снизить температуру. Для уменьшения окисления в процессе эксплуатации обычно используют луженые медные вставки. Серебряные вставки не окисляются и обладают достаточно стабильными характеристиками, однако из-за значительной стоимости применяются преимущественно в установках на напряжение выше 1 кВ при малых токах в особо ответственных случаях.
Для снижения температуры плавления вставок из меди и серебра используют так называемый металлургический эффект, основанный на растворении тугоплавких металлов в жидких, менее тугоплавких металлах. Для этого на медную или серебряную проволоку (вставку) напаивают шарик из легкоплавкого металла, например олова. При нагреве проволоки до температуры плавления шарика он, расплавляясь, как бы расплавляет тугоплавкий металл вставки, и в этом месте начинается интенсивный процесс ее разрушения. В результате вставка в этом месте перегорает при температуре, близкой к температуре плавления шарика, а появившуюся электрическую дугу стараются максимально быстро погасить.
Маркировка плавких вставок предохранителей производится двумя латинскими буквами (прописной и строчной), например gG, gM, aM. Первая буква (g, a) обозначает диапазон отключения вставки. Плавкая вставка типа g (общего назначения) – токоограничивающая (ограничивающая ток при срабатывании), способная в установленных условиях отключать все токи, вызывающие расплавление плавкого элемента, вплоть до номинальной отключающей способности. Плавкая вставка типа а (каскадная) – токоограничивающая, способная отключать все токи в интервале между наименьшим током, показанным на времятоковой характеристике, и номинальной отключающей способностью. Вторая буква указывает категорию применения, то есть точно определяет характеристики плавкой вставки: G – общего назначения, М – для защиты электродвигателей, R – для защиты полупроводниковых приборов.
Контактор – механический коммутационный аппарат с единственным положением покоя, способный включать, проводить и отключать токи в нормальных условиях, в том числе при рабочих перегрузках.
Пускатель – комбинация всех коммутационных устройств, необходимых для пуска и остановки электродвигателя с защитой от перегрузок. Существуют различные виды пускателей, из которых наиболее распространены электромагнитные. Электромагнитные пускатели предназначены для дистанционного управления электрическими двигателями и другими видами электрооборудования и бывают как постоянного, так и переменного тока. Электромагнитные пускатели (рис.3.10) имеют прямоходовую Ш-образную электромагнитную систему в виде сердечника (неподвижной части магнитопровода), якоря (подвижной части магнитопровода) и катушки. Для предотвращения вибрации якоря при работе пускателя переменного тока в сердечник запрессовываются короткозамкнутые кольца (витки). Они намагничиваются и удерживают якорь при периодическом уменьшении тока в катушке, вызванном синусоидальностью питающего напряжения. Система заключена в пластмассовый корпус, состоящий из верхней и нижней частей, скрепляемых между собой винтами. Якорь шарнирно соединяется с пластмассовой траверсой, на которой находятся мостики главных контактов с пружинами и блок-контакты. В отличие от главных или силовых контактов магнитного пускателя, которые используются для непосредственного включения и отключения тока нагрузки, блок-контакты (вспомогательные) используются в схемах управления.
Электромагнитные пускатели действуют следующим образом: при подаче напряжения на катушку создается магнитный поток, под действием которого якорь притягивается к сердечнику, сжимая при этом возвратную пружину. Вместе с якорем перемещается закрепленная на нем траверса с подвижными контактами. В результате происходит замыкание силовых контактов, одновременно срабатывают блок-контакты. При отключении питания катушки подвижная контактная система возвращается пружиной в исходное состояние.
Пускатель обычно имеет 3 силовых контакта, которые замыкаются при срабатывании. Количество вспомогательных контактов зависит от типа пускателя, указанные контакты обычно меньше по размерам, чем силовые и могут при срабатывании замыкаться или размыкаться. Реверсивные магнитные пускатели состоят из двух описанных пускателей, укрепленных на общем основании и электрически (иногда также и механически) сблокированных так, что предотвращается одновременное их включение. Они обеспечивают изменение направления вращения электродвигателей (реверс).
В сельскохозяйственном производстве используются электромагнитные пускатели серий ПМЕ, ПМЛ, ПМА, ПМ12, контакторы низковольтные ПМУ, КМИ и др. Они различаются по величине (номинальному току), по степени защиты от окружающей среды, по возможности реверсирования (реверсивные, нереверсивные), по наличию или отсутствию тепловой защиты, по количеству и виду блок-контактов (замыкающие, размыкающие), по напряжению втягивающей катушки (220В, 380В) и т. д.
Наиболее распространёнными являются пускатели серии ПМЛ, в которых для увеличения количества вспомогательных контактов допускается установка на пускателе одной контактной приставки типа ПКЛ, ПВЛ или ПКБ. Приставка серии ПВЛ обеспечивает выдержку времени при включении или отключении пускателя, то есть её контакты срабатывают с замедлением от 0,1 до 180 с. количество контактов в приставках ПВЛ – 2, в ПКЛ – до 4. Подобными приставками могут оснащаться также контакторы типа КМИ.
1– выводы;
2 – неподвижный Ш-образный магнитопровод;
3 – короткозамкнутый виток;
4 – катушка;
5 – якорь;
6 – силовые контакты;
7 – блокировочный контакт.
Рисунок3.10. Структурная схема электромагнитного пускателя.
Пускатели имеют различные категории применения их обозначаютна корпусе аппарата в виде латинских буквAC(переменный ток) илиDC(постоянный ток) и цифрами,например АС-1. Категория АС-1 соответствует неиндуктивной или слабо индуктивной нагрузке (электропечи сопротивления и пр.), АС-3 – пуск и отключение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, АС-4 – пуск, реверсирование, повторно-кратковременное включение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и т. д.
Рассмотрим структуру маркировки пускателей ПМЕ.
ПМЕ – Х1Х2Х3Х4,
где Х1– величинатока пускателя (0 – 3А, 1 – 10А, 2 – 25А);
Х2– исполнение по роду защиты и наличию блок-контактов (1, 4, 7 – открытое, 2, 5, 8 – защищённое, 3, 6, 9 – пылеводонепроницаемое);
Х3– назначение и наличие теплового реле (1 – нереверсивный без реле, 2 – нереверсивный с реле, 3 – реверсивный без реле, 4 – реверсивный с реле);
Х4– исполнение по коммутационной износостойкости (А, Б, В).
Пример маркировки: ПМЕ-222В.
Для управления электрооборудованием при большой частоте включений (до 10000 в час) используются бесконтактные тиристорные пускатели ПБН (нереверсивные) и ПБР (реверсивные), выполненные на микропроцессорной технике и обеспечивающие прямой либо плавный пуск, а также искусственное торможение двигателя.
Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения. По сравнению с плавкими предохранителями указанный аппарат обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.
Автоматический выключатель (рис. 3.11) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.
Рис .3.11 Автоматический выключатель, серия ВАО4-36
1- основание, 2- камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11-защелка, 12- рейка отключающая, 13- пластина термобиметаллическая, 14-расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17- контактодержатель, 18-контакты подвижные
Для включения выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелки – с отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17. Автоматическое отключение выключателя происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6. Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от короткого замыкания.
Дугогасительные устройства необходимы в аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве тока электрическая дуга вызывает подгорание контактов. В автоматических выключателях применяются дугогасительные камеры с деионным гашением дуги. При деионном гашении дуги (рис.3.12.) над контактами 1, помещенными внутри дугогасительной камеры 2, располагается решетка из стальных пластин 3. При размыкании контактов образовавшаяся между ними дуга потоком воздуха выдувается вверх, попадает в зону металлической решетки и быстро гасится.
.
Рисунок 3.12. Устройство дугогасительной камеры: 1- контакты; 2- корпус дугогасительной камеры; 3 - пластины.
Схема и основные элементы автомата представлены на рис 3.13
Рисунок 3.13. Схема и основные элементы автомата: 1 - максимальный расцепитель; минимальный расцепитель; независимый расцепитель; 4 - механическая связь с расцепителем; 5- рукоятка ручного включения; 6- электромагнитный привод; 7,8- рычаги механизма свободного расцепления; 9- отключающая пружина; 10- дугогасительная камера; 11- неподвижный контакт; 12- подвижный контакт; 13- защищаемая цепь; 14- гибкая связь; 15- контактный рычагу :16- тепловой расцепитель; 17- добавочное сопротивление; 18- нагреватель.
Механизм управления предназначен для обеспечения ручного включения и выключения аппарата при помощи кнопок или рукоятки.
Коммутирующее устройство автоматического выключателя состоит из подвижных и неподвижных контактов (силовых и вспомогательных). Пара контактов (подвижный и неподвижный) образуют полюс автоматического выключателя, количество полюсов бывает от 1 до 4. Каждый полюс комплектуется отдельной дугогасительной камерой.
Механизм, который отключает автоматический выключатель при аварийных режимах, называется расцепителем. Различают следующие виды расцепителей:
электромагнитный максимального тока (для защиты электроустановок от токов короткого замыкания);
тепловой (для защиты от перегрузок);
комбинированный, имеющий электромагнитный и тепловой элементы;
минимального напряжения (для защиты от недопустимого снижения напряжения);
независимый (для дистанционного управления автоматическим выключателем);
специальный (для реализации сложных алгоритмов защиты).
Электромагнитный расцепитель представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки. В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя.
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током. В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя. Время срабатывания теплового расцепителя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.
Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов. Указанные расцепители являются дополнительными и могут отсутствовать в конструкции автомата. Имеются такжевыключатели без каких-либо расцепителей, в этом случае ониназываютсявыключателями- разъединителями.
В настоящее время распространены автоматические выключатели типов АП50Б, АЕ10, АЕ20, АЕ20М, ВА04-36,ВА-47, ВА-51, ВА-201, ВА88 и др. Автоматические выключатели АП50Б выпускают на номинальные токи до 63А; АЕ20, АЕ20М – до 160А; ВА-47 и ВА-201 – до 100А, ВА04-36 – до 400 А,ВА88 – до 1600А.
Автоматические выключатели серии АЕ10 имеют следующую структуру маркировки:
АЕ10Х1Х2– Х3Х4Х5,
где АЕ10 – обозначение серии;
Х1– величина выключателя в зависимости от номинального тока:2 – 16А; 3 – 25А; 4 – 63А; 5 – 125 А;
Х2– количество полюсов в комбинации с расцепителями: 1, 2, 3;
Х3– вид расцепителя: 1 – комбинированный, 2 – тепловой;
Х4Х5– климатическое исполнение и категория размещения.
Пример маркировки: АЕ1031-1УХЛ3.
Современные автоматические выключатели типа ВА имеют более простую маркировку, которая включает, как правило, номер серии и величину номинального тока.
Существует также 2 категории применения автоматических выключателей: А – выключатели без специальной выдержки времени при коротком замыкании (не обладающие селективностью по отношению к другим устройствам защиты); В – с установленной кратковременной выдержкой времени срабатывания при коротком замыкании (обладающие селективностью).
Основными направлениями развития автоматических выключателей в настоящее время являются их электронизация, (использование полупроводниковых элементов), иразработка и совершенствование конструкций вакуумных автоматических выключателей. Первое из указанных направлений в основном заключается в применении специальных (полупроводниковых) расцепителей на базе микроэлектроники, что позволяет обеспечивать защиту от большинства возможных аварийных режимов. Кроме того, аппараты с данными расцепителями могут осуществлять измерение токов, напряжений, мощности в цепи, показателей качества электроэнергии, температуры отдельных узлов аппарата и степени износа контактов при помощи соответствующих датчиков. Результаты измерений могут отображаться на жидкокристаллическом дисплее.
Результатом реализации второго направления стало производство вакуумных низковольтных выключателей, например, типа ВВА-1,14 на напряжение до 1,14 кВ и ток 1000 А. По сравнению с аналогичными воздушными выключателямиони имеет более высокий срок службы, более надёжныи безопасены.
Тепловое реле предназначено для защиты электродвигателей от перегрузок и обычно встраивается в электромагнитный пускатель, хотя могут устанавливаться и отдельно (рис 3.14). В настоящее время применяются реле серий ТРН, РТЛ, РТТ, РТИ, РТЛУ. Некоторые типы реле (в частности, РТЛ, РТТ) также обеспечивают защиту от несимметрии токов в фазах и от обрыва фазы. Как правило, определённый тип реле используется с магнитными пускателями соответствующего типа (реле ТРН – с пускателями ПМЕ, реле РТЛ – с ПМЛ, РТТ – с ПМА или ПМ 12 и т. д.).
Рисунок 3.14. Схематическое изображение теплового реле: 1-биметаллическая пластина в рабочем положении; 2- нагревательный элемент; 3- биметаллическая пластина после изгибания; 4- рычаг; 5- подвижный контакт; 6- неподвижный контакт; 7- пружина.
Основной рабочий орган теплового реле — биметаллическая пластина, нагреваемая при помощи нагревательного элемента. При нагреве пластина изгибается и при помощи рычага обеспечивает размыкание контакта реле и отключение питания пускателя. Замыкание контакта производится кнопкой ручного возврата после остывания пластины. Тепловые реле могут иметь 2 или 3 пластины, включаемые в фазы защищаемой сети. Тепловые реле в основном имеют одинаковую конструкцию и различаются нагревателями, размерами корпусов и силовых зажимов. Для всех типов тепловых реле предусматриваются нагреватели с определенными номинальными токами, эксцентриковый регулятор заданного тока несрабатывания и кнопка ручного возврата. Тепловые реле серии РТЛУ могут иметь указатель срабатывания и автоматическое повторное включение.
Рассмотрим структуру маркировки теплового реле РТЛ:
РТЛ-Х1Х2Х3Х4Х5Х64С,
где РТЛ – обозначение серии;
Х1– исполнение по номинальному току: 1 – 25А, 2 – 80А;
Х2Х3Х4– исполнение по току несрабатывания (по таблицам изготовителя);
Х5– конструктивное исполнение реле (Д – для установки с пускателями ПМЛ-4160ДМ и ПМЛ-4560ДМ, К – для установки с пускателями ПМЛ-3000Д, М – исполнение реле со степенью защиты контактных зажимовIP20, отсутствие буквы – степень защиты контактных зажимовIP00);
Х6– климатическое исполнение;
4 – категория размещения;
С – буква, обозначающая наличие одного размыкающего контакта; отсутствие буквы – исполнение реле с одним размыкающим и одним замыкающим контактами.
Пример маркировки: РТЛ-100404С.
Помимо рассмотренных, существуют и другие типы защитных устройств. Устройство встроенной температурной защиты (УВТЗ) обеспечивает защиту электродвигателей при следующих аварийных режимах:
-обрыв фазы;
-обрыв нулевого провода;
- длительных перегрузках и нарушениях в системе охлаждения;
- заклинивании ротора;
- неправильных процессах пуска и торможения;
- повышении температуры окружающей среды;
- колебаниях напряжения сети в пределах 80…110% от номинального значения;
- обрыве в цепи датчиков температуры;
- коротком замыкании в цепи датчиков температуры.
Конструктивно УВТЗ - 1М выполнено в пластмассовом корпусе. Корпус состоит из основания с контактами и крышки. Схема УВТЗ - 1М собрана на печатной плате.
Принцип действия УВТЗ - 1М основан на определении по входному сигналу, поступающему с термодатчика, установленного в обмотках двигателя, аварийной температуры статорных обмоток, обрыва или короткого замыкания в цепи термодатчиков, последующего усиления сигнала и отключения магнитного пускателя, коммутирующего цепь питания электродвигателя.
Фазочувствительное устройство защиты (ФУЗ) предназначено для защиты трехфазных электродвигателей от неполнофазных режимов (обрыва фазы) путём контроля токов в фазах питающей сети. Было разработано несколько модификаций указанного устройства (ФУЗ-М, ФУЗ-У, ФУЗ-И), обеспечивающих дополнительно защиту от перегрузок, перегрева, снижения сопротивления изоляции.
В настоящее время устройства типа УВТЗ и ФУЗ не выпускаются, однако принципы защиты, реализованные в них, нашли своё отражение в более современных устройствах. Применяемые устройства защиты, как правило, контролируют большое количество параметров и используются для защиты особо ответственных электроустановок.
В качестве современных устройств защиты электрооборудования можно упомянуть бесконтактную систему защиты трёхфазных потребителей (БСЗД и модификации), реле защиты электродвигателей РЗ-01, устройство управления электродвигателем УУД-01 и ряд других.
БСЗД осуществляет контроль за величиной тока электродвигателя, не требует технического обслуживания, монтируется на место теплового реле и обеспечивает защиту при следующих аварийных режимах:
обрыв любого из фазных проводов;
увеличение тока двигателя сверх настроенного;
заклинивание ротора электродвигателя;
асимметрия напряжения фаз сети более 15 %;
повышение температуры окружающей среды;
нарушение в системе охлаждения электродвигателя;
понижение сопротивления изоляции.
Реле защиты электродвигателя РЗ-01 предназначено для защиты трёхфазных электродвигателей, управляемых электромагнитными пускателями и контакторами, а также высоковольтными выключателями, от пусковых перегрузок, токовой перегрузки, тепловой перегрузки, асимметрии фаз (в том числе обрыва фазы), замыкания на землю или холостого хода. Реле запрещает пуск перегретого электродвигателя, обеспечивает световую индикацию срабатывания защиты. С помощью жидкокристаллического дисплея реле обеспечивает индикацию потребляемого двигателем тока и его температуры в режиме реального времени, а также сохранённых в памяти количества пусков, максимального пускового тока, времени пуска и других параметров. Примерно аналогичным реле РЗ-01 по параметрам является устройство УУД-01.
Устройство защитного отключения (УЗО), рис.3.15,предназначено для защиты людей и животных. Оно обеспечивает быстрое автоматическое отключение электроустановки при угрозе возникновения пожара, а также при возникновении условий поражения электрическим током.
Такие условия создаются:
при одно- или двухфазном замыкании на корпус или на землю;
при снижении сопротивления изоляции электрооборудования ниже опасного уровня;
при прикосновении человека или животного непосредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением.
Рисунок 3.15Функциональная схема УЗО:Д - датчик; П - преобразователь; ИО - исполнительный орган.
Действующие нормативные документы предписывают обязательную установку УЗО в новых жилых и общественных зданиях, промышленных и сельскохозяйственных объектах и пр.
В общем случае УЗО состоит из датчика, преобразователя и исполнительного органа. В настоящее время промышленностью выпускается ряд типов УЗО: АД-12, АД-14, ВД1-63, УЗО20 - ВАД1, УЗО 22, УЗО-Б, УЗО – Д40 и другие. В частности, УЗО20 - ВАД1 представляет собой двухполюсный автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, с встроенной защитой от сверхтоков. Устройство состоит из конструктивно обособленных, механически соединенных и электрически связанных двухполюсного автоматического выключателя, содержащего независимый расцепитель в одном из полюсов и комбинированный (тепловой и электромагнитный) расцепитель в другом полюсе и модуля защитного отключения. В модуле размещены печатная плата с электронной схемой усиления, питаемой от защищаемой сети; измерительный трансформатор тока, выделяющий дифференциальный (остаточный) ток; кнопка для проверки работоспособности устройства. На задней стороне устройства имеется защелка для крепления на рейке.
При появлении в защищаемой сети тока утечки или тока замыкания на землю, превышающего уставку (заданный ток) срабатывания устройства, сигнал измерительного трансформатора, усиленный электронной схемой модуля, подается на независимый расцепитель выключателя устройства, что приводит к отключаемой сети.
При появлении в защищаемой сети тока перегрузки или короткого замыкания происходит срабатывание устройства под действием соответствующих расцепителей.
Эксплуатационный контроль устройства осуществляется кнопкой, при нажатии которой замыкается цепь искусственно создаваемого дифференциального тока, величина которого достаточна для срабатывания устройства в нормальных условиях эксплуатации.
Указанное устройство выпускается на номинальный ток до 50А, номинальное напряжение 220 В, номинальный ток срабатывания от 10 до 100 мА.
Указанные аппараты обеспечивают выполнение функций автоматов (защита от коротких замыканий и перегрузок) и функций УЗО (защита от поражения током). Кроме того, используются также дифференциальные выключатели, например ВД1-63, которые обеспечивают только выполнение функций УЗО без защиты от других аварийных режимов. В этих случаях необходимо последовательно с данным аппаратом включать автоматический выключатель.
В последнее время широко начинают применяться частично регулируемые электропривода. Преобразователь частоты предназначен для питания и частотного регулирования скорости вращения асинхронных, короткозамкнутых электродвигателей мощностью до 20 кВт, в том числе насосных агрегатов, вентиляторов, конвейеров и станочного привода.
Преобразователь выполнен в виде моноблока, предусматривающего напольное или настенное крепление с нижним подводом кабелей питающей сети, выходного напряжения и кабеля дистанционного управления. Конструкция преобразователя обеспечивает легкий доступ к узлам в процессе монтажа, ремонта и наладки.
Преобразователь обеспечивает регулирование скорости вращения асинхронных двигателей в широких пределах без снижения крутящегося момента на валу, плавный пуск и торможение, плавное реверсирование направления вращения вала, а также комплексную защиту электродвигателя от перегрузок, в том числе вызванных нарушениями питающей сети (перекос фаз, импульсные напряжения и др.).
Управление двигателем осуществляется непосредственно с пульта управления преобразователем или с пульта дистанционного управления.