Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
діплом.docx
Скачиваний:
3
Добавлен:
13.08.2019
Размер:
1.09 Mб
Скачать

1. ЕЛЕКТРИЧН АПАРАТИ 1.1. Призначення принцип роботи електричних апаратiв Електричнi апарати використовуються для керування електричними мережами, споживачами, а також для захисту х вiд кебезпечних режимiв. За призначенням вони розподiляються на такi види: комутацiйнi для вмикання або вимикання кола аахиснi — для виявлення недопустимих вiдхилень вiд нормальних реэра? жимiв роботи, вимкнення кiл i споживачiв; пускорегулювальнi для керування режимами роботи споживачiв; iнформацiйнi (сигнальнi) для видачi сигналiв експлуатацiйному персоналу. Апарати можуть виконувати одночасно декiлька функцiй. За принципом дi електричнi апарати рис.1 а подiляються на контактнi i без контактнi Основнi частини контактних апаратiв - це комутацiйнi кон такти д угогасилънi

пристрої, пивід. Важiльнi контакти (рис. 1, а)

‘мають нерухомий контакт 2, до яко- го приеднуеться вхiдний провiд 1 кола, i рухомий контакт 3, з яким зв’язаний вихiдний провiдник 7 (че ре гнучкий провiдник б, виконаний з декiлькох гпарiв тонкЫ латунно стрiчки, i провiднЫ основи 8). Для за миканн кола повертають вал 9 та важiль 10, який перемiщуе рухомий контакт до контакта 2. Пiсля дотику контактiв коло замикасться, при цьо м важiль продовжуе рухатися, що призводить до стискання пружини 4, яка утримуеться на важелi штифтом 5. а Дя пружина забезпечуе необхiдну Рис.1 силу тиску мiж контактами, що эмен шу перехiдний електричний опiр мiж ними i запобiгае перегрiванню стру мо мiсця контакта. У мiстковому контактi (рис.1, б) прямоходовий рухомий контакт 5 (мiсток) при штовханнi тяги 7 торкаеться двох нерухомих 2 i 3, до яккх приеднанi проводи мережi 1 i 4. Сила тиску забезпечуеться п ружиною 6.

В икористовються також розетковi, втичнi i пружиннi контакти, Ковтактк виготовляють ся з мiдi, у рядi випадкiв для зменшення пе- рехiдного опору i збiльшення зносостiйкостi на них крiпляться срiбнi або металокерамiчнi накладки. При розмиканнi великих струмiв у колах з iндуктивнiетю мiж контактами виникас електрична дуга. За тривало дуги контакти можуть розплавитися або приваритись один до одного. Для гасiння дуги використовують дугогасильнi пристро. В комбiнованому пристро (рис.2) струм I замикаеться через котушку 1, нерухомий 2 i рухомий б контакти, розмiщенi в щiлипi, рис.2 утворенiй щоками 7 i 8 дугогасильнЫ камери. Щоки виготовляються з тугоплавкого iзоляцiйного матерiалу (керамiка або цемент). Котушка 1 утворюс магнiтний потiк Ф, що всерединi котушки спрямований до нас (показано точками), а за межами вiд нас (хрестиками). Для спрямування потоку в зону контактiв на щоках розмiщують пластини 9 з електротехнiчно сталi (магнiтопроводи). Пiд час розмикання контактiв мiж ними виникае дуга (положеннядi). На дугу як провiдник зi струмом в магнiтному полi дiе сила, яка рис.3 виштовхуе дугу вгору (електромагнiтне дуття). Кiнцi дуги вiд контактiв 2 i б переходять на мiднi роги З i 5, що запобiгас розплавленню контактiв (положення Д2). При подальшому русi дуга потрапляе на мiднi пластини 4 i подрiбнюсться на кiлька послiдовно ввiмкнених дуг (положеннядЗ). Рiзке охолодження i гасiння дуги забезпечуеться за рахунок розтягування дуги магнiтним дуттям, охолодження дуги стiнками камери пiд час руху у вузькiй щiлинi мiж щоками, охолодження дуги мiдНими гiластинами i подрiбнювання на низку дуг (при цьому з’являеться багато навколо анодних i навколо катодних дiлянок дуги). На пiдтримання струму в кожнiй з них, як вiдомо з курсу фiзики, потрiбне деяке падiння напруги (10.. .20 В). Кiлькiсть пластик добираеться такою, щоб напруга мережi була менша вiд суми падiния напруги на роздрiбних дугах, внаслiдок чого дуга згасае. Зауважимо, що розмикання кола виникас не пiд час розмикання контактiв, а пiсля Рис. 3 згасання дуги.

З астосовуеться також гаеiння дуги в середовищi трансформаторного масла (рис.3). Останнiм часом впроваджують вакуумнi вимикачi. Вакуумна камера (рис. 4) мае нерухомий контакт 4,герметично пропущений через iзоляцiйну втулку 3. До останньо закрiплено пружний металевий рис. 4 сильфон 2, з яким з’еднано рухомий контакт 1. Вакуум створено у процесi виготовлення пристрою. За допомогою сильфона контакт 1 може змiщуватися вертикально без порушення герме- Рис. 4 тичностi. У момент розмикання контактiв коло розриваеться, дуга не виникае, оскiльки немае середовища, в якому нона могла б виникати. Вiдсутнiсть дуги подовжуе термiН експлуатацiї апарата. За видом обладнання, що приводить у рух контакт, розрiзняють апарати з ручним приводом, якi вмикас або вимикас оператор рукою, з електромагнiтним приводом (вмикання, вимикання електромагнiтом), з моторним приводом (за допомогою електродвигуна). Якщо апарат перемикае одне коло (одна пара контактiв), вiн називаеться однотюлюс ним, якщо два кола (двi пари контактiв) — двоолюсним, якщо три кола (три пари контактiв) — зтриполюсним. Везконтактнi апарати виконуються на базi напiвпровiдникових приладiв — тиристорiв i транзисторiв, що працюють в ключових режимах. Роль контактно пари виконують електричнi опори переходiв анод ка/но д тиристора або колектор емiтаер транзистора. Великий опiр Напiвпровiд.. никового переходу вiдпОвiдае розiмкнутому колу (тиристор вимкнено, транзистор закритий), малий — замкнутому колу (тиристор ввiмкнено, транзистор вiдкритий). Основнi характеристики комутацiйних апаратiв: 1) номiнальна напруга апарата аном’ при якiй апарат виконуе своу функцi 2) допустимий номiнальний струм апарата IаноМ котрий дiе тривалий час i не нагрiвае його елементiв; 3) комутацiйна здатнiсть перемикати граничнi струми при номiнальнiй напрузi без руйнування апарата. Розрiзняють здатнiсть до вмикання, яка характеризуеться граничним струмом вмикання I, 1 здатнiсть до розмикання. Остання оцiнюеться граничним дiючим значениям струму Iг3, щО розмикае, 1 граничним ударним струмом який апарат мае витримати без руйнування. Значения = (IНОМIГР.РОЗ — гранична потужнiсть роамикання апарата для трифазно мережi; 4) комутацiйна стiйкiсiяь проти спрацювання — кiлькiсть циклiв вмикання — розмикання (нР), яку може витримати апарат, залишаючись у робочому станi.

Розрiзняють робочi (оперативнi) ввiмкнення та розiмкнення комутацiйних апаратiв, якi виконуються за бажанням оператора або систем керування технологiчним процесом, i захисне вимкнення у разi виникнення в колi або в електроустаткуваннi небезпечних режимiв. В автоматичних апаратах захисне вимкнення виконуеться автоматично завдяки оснащению ‘iх вузлами захисту.

2. Електричнi апарати захисту та керування………………….. Вимикачi та вiдокремлювачi Вимикачi призначенi для нечастих оперативних вмикань i вимикань (до 10000 за час експлуатацi) робочих струмiв та для бiлыя рiдкого вимкиення мережi. для гасiння дуги вони мають дугогаснi пристро. У масляних вимикачах дуга гаситься за допомогою рiдкого дугогасильного середовища — мiнерального (трансформаторного) масла. Трифазнi баковi (багатооб’емнi) вимикачi ВМБ-ю, ВС-10 мають спiльний бак, виготовлений з листового залiза, в який залите трансформаторне масло, У ньому розмiщено три пари мiсткових контактiв (див. Рис. 1, б). Пiд час вимкнення в кожнiй фазi окремо мiж контактами, що роэходяться, виникас i згасае, охолоджуючись маслом, дуга. Цi вимикачi простi й дешевi, але мають великий об’ем горючого трансформаторного масла, що пiдвищуе пожежну небезпеку. Розмiщення всiх полюсiв в одному об’емi у випадку сильно дуги може призвести до перекидання на сусiднi фази, тобто виникнення короткого замикання всерединi вимикача. Тому ‘х здатнiсть до розмикання невелика i вони витiсняються малооб’емними горшковими вимикачами ВМГТ, Вк та iн. Горщик вимикача (див. рис. 3) утворюсться металевими фланцями 2 i 6, роздiленими iзоляцiйною втулкою 4, i заповнений невеликим об’€мом масла 9. Пiд час повертання важеля 7 вгору рухомий штировий контакт З входить у розетку на фланцi б, замикаючи коло миж проводом 1, що пiдходить, i 7, який вiдходить. При зворотному русi iлтир З виходить з розетки б, мiж ними виникае електрична дуга. Транеформаторне масло гасить дугу в спецiальнiй камерi 5. Трифазний вимикач мае три подiбних горщика, кожний з яких за допомогою iзоляторiв 10 закрiплено на спiлънiй рамi 11. Привiд кожно’ фазк об’еднано механiчно через iзолятори 8. Переваги полягають у вiдокремленнi фаз, малому об’емi масла, великiй здатностi до розмикання. Все ширше набувають використання вакуумнi вимикачi. Виеокобольтнi вимикачi усхемах зображуються прямокутником (вимикач ‚А на рис. 5). Паспортнi данi високовольтних вимикачiв, якi застосовуються на пiдприемствах, такi: номiнальнi напруги 6, 10 i 35 кВ, номiнальнi струми 200, 400 i 1000 А, граничНi значения струмiв, що розриваються, до 20 кА, граничнi ударнi струми до 50 кА. Для безпечного ремонту електроустаткування, згiдно з П равилами безпеки, потрiбно впевнитись у тому, що споживачi роз’€днанi з мережею (мати «наочний розрив кола»). Але контакти високовольтних вимикачiв

недоступнi для огляду. Тому разом з вимикачами застосовують високовольтнi вiдокремлюбачi — апарати з вiдкритими контактами (без дугогасного обладнання), призначенi для розриву (без струму) кола i а б в утворення наочного розриву. рис.5

Нiж 2 вiдокремлювача (рис. 6) складаеться з двох паралельних плоских стрiчок мiдi. Рухаючись униз, тяга з iзолятором 4 насаджуе нiж на нерухомий контакт 3, утворюючи замкнуте коло мiж ним i нерухомим контактом 1. Нерухомi контакти розмiщено на iзоляторах 5. При зворотному русi утворюеться наочний розрив кола. Вiдокремлювачi вмикаються послiдовно з вимикачами ($ на рис. 5, а). Послiдовнiсть вмикання така: коли розiмкнено вимикач ‚?А (струму немаб), вмикаеться вiдокремлювач $. У разi розмикання спочатку вимикаеться вимикач А, перериваеться струм споживача, потiм розмикаеться вiдокремлювач (без струму), утворюючи наочний розрив. Пiсля цього можна роэпочати ремонт кола бiля споживача (попередньо заземливiли рис.6 проводи мережi пiсля вимикача для розряджання емностi проводiв вiд залиiлкового заряду i захисту за умови випадкового помилкового вмикання). Розрядники апарати, що захищають iзоляцiю високовольтних мереж вiд пробою iзоляцi пiд час перенапруг. Так, при розрядi блискавки та iнших перенапругах розрядник пропускае через себе надлишок заряду, чим зиижус перенапругу до допустимих для iзоляцi значень. Пiсля пропускання надлишкiв розрядник автоматично розмикае коло на землю. Вимiрювальнi транс форматори напруги i стр у- му належать до високовольтних апаратiв, якщо сво’- 2 ми первинними обмотками вони вмикаються у високовольтну мережу. Вони дають эмогу використати низьковольтнi апарати для захисту 1 вимiрювання. Це спрощуб дане обладнання 1 робить його бiльш .5 безпечним. Як правило, номiнальнi вториннi параметри вимiрювальних трансформаторiв напруги 1 струму 100 В i 5 (або 1) А вiдповiдно.

Реле захисту i керування

Н изьковольтнi електричнiапарати — це реле захисту 1 керування, ях здiйснюють переринчасте керування на виходi обладнання (наприклал, перемикання вихiдних контактiв) за умови досягнення контрольованою величиною

на входi наперед заданого з ачення.

Наперед задане значення спрацювання реле

називаеться усiкавкою.

Розрiзняють реле струму, напруги, тепловi.

положения, тиску, часу, швидкостi тощо.

В електромагнiтному реле максимально_____ го струму (рис. 17.7) знаходиться електро

магнiт з осердям 2, у котушцi 1 якого мае рис.7 мiсцеконтрольований струм (вхiдна величина).Утворений ним магнiтний потiк Ф (показано

пунктиром) у свою чергу створюе силу F, що намагаеться притягнути якiр З до осердя 5. Зi збiльшенням струму до значення уставки пя сила подолас опiр пружини 5, якiр притягнеться ривком до осердя, перемикаючи вихiднi

контакти 6. Уставка спрацювання реле може

регулюватися гайкою 4, яка змiнюе первинний натяг пружини 5. В електричних схемах

(рис. 7, б, в) котугики електричних апаратiв позначаються прямокутником, в якому, коли необхiдно, зазначають контрольовану величи ну (при реакцi на збiльшення струму «I >.»

на зменгкення «< I» ). Усi контакти зображу ються в тому станi, в якому вони знаходяться за вiдсутностi дi на них сили. Контакти, що вмикають коло у разi спрацювання апарата, називають замикаючими (на електричних принципових схемах х показують розiмкнутими, нормально вiдкритими), а тi, якi вимикають, — розмикаючими. У вихiдному етанi воин нормально замкнутi (рис. 17.7, в). Котултки i контакти одного апарата позначаються однаковими символами (тут для реле струму лiтерами [СА). декiльком контактам одного апарата можуть бути наданi порядковi номери (IСАI, КА2 i т. iн.).

Макеимальнi реле струму використовуються для здiйснення захисту вiд максимального струму електрообладнання. Коли струм у колi перевищус уставку реле, воно миттево спрацьову€, видаючи команду на розiмкнення кола. Для уникнення хибних вимикань струм уставки реле вибираеться дещо бiльгаий, нiж максимальнi робочi струми споживачiв. Так, якщо споживач не мае пускових струмiв (освiтлювальне, нагрiваль не обладнання i т. iн.), то уставка максимального реле вибираеться за умови: I (17.1) де номiнальний струм споживача. Якщо споживач мае пусковi струми (двигуни), то уставка реле вибираеться за умови: (17.2) де — пусковий струм. Якщо максимальне реле захищае ЛЕН з групою двигунiв, то, враховуючи неодночаснiсть вмикання всiх двигунiв, уставка максимального реле вибираеться за умови: I I2Iпуск.пiах + ХI0, (17.3) де найбiльший з пускових струмiв усiх двигунiв; I,,0 сума номiнальних струмiв двигунiв. Реле напруги вiдрiзняються тим, що х котушки мають багато виткiв тонкого проводу, а отже, мають бiльший опiр. Реле струму вмикаеться послiдовно в коло, реле напруги паралельно споживачу. В елекчромагнiчномуреле часу (рис. 8) котушка 1 з постiйним струмом I при замкнутому контактi В утворюе в осердi З магнiтний потiк Ф. Якiр б притягнуто до осердя; правий контакт замкнуто, лiвий розiмкнуто. Пiд час розмикання контакту $ (подача iмпульсу керування) струм I мае зникнути, а з ним i потiк Ф. Але при дьому у гiльзi 2 (мiдне кiльде, замкнуте навколо осердя) виникае ЕРС, що утворюе струм, який збiльшуе магнiтний потiк. Тому потiк котушки Ф буде повiльно знижуватися до зникнения магнiтноУ енергй, накопиченЫ у котушдi. Пiсля цього пiд дiею пружини 5 якiр вiд’еднаеться, контакти 4 перемикаються через деякий час пiсля розмикання контакту В, тобто з витримкою часу. Щ реле забезпечують регульовану витримку часу до 5 с. IСонденсачорнiреле часу (рис. 9) мають конденсатор С, увiмкнений паралельно котушцi КТ електромагнiтного реле. При ввiмкненнi контак 42

Рис.8 рис.9

та 8 реле КТ спрацюс, його контакт КТI замкие свое коло, а КТ2 розiмкне свое. Конденсатор зарядиться до напруги живлення 11. Якщо розiмкнути (первинний iмпульс), котупхка КТ вiд’еднаеться вiд напруги живлення , але струм I котушки тепер замикаеться через конденсатор. З його роз рядженням струм зментпуватиметься, i через деякий час якiр реле КТ вiд’сднаеться, його контакти перемикаються (КТI з витримкою часу на розмикання, КТ2 на завтикання). Конденсаторнi елементи можуть з’еднуватися з електронними нимикачами, утворюючи витримку часу до десяткiв i сотень секунд. Моторнi реле часу iтають двигун, який через редуктор повiльно обертас вал з кулачками, якi у визначенiй послiдовностi i з визначеними значними витримками часу замикають низку контактiв. Г еркони (герметичнi контакши) являють собою скляну ампулу 1 (рис. 17.10), у яку запакио пружнi контакти з феромагнiтного матерiалу. З наближенням до геркона плоского магнiту 2 намагнiченi контакти геркона притягнуться один до одного i замкнуть коло. Геркони широко використовуються в реле стану, наприклад пiд час закриття дверей, до яких прикрiплено Рис 17 10 магнiт, контакт геркона замкнеться. Телловереле (рис. 17.11, а) мае бiтутеталеву рис. 10 пластину 2, що складаеться з двох втеталiв (мiдь i сталь). Метали мають рiзнi коефiцiенти темб пературного розширення. Контрольований струм I, проходячи по дротянiй спiралi 1, намотанiй навколо п ластини, нагрiвае цю пластиВ ну. Матерiал з бiльшим коефiцiентом лiнiйного роэтлирення згинае пластину (показано пунктиром). Чим бiльший струм I, тим бiльший прогин пластини. За достатнього прогинання контакт 5 розiмкнеться. а Для запобiгання пiдгорянню контакту пiд час Рис. 17.11 повiльного руху пластини застосовуеться контакт- на система миттсво дi. Вона не реагус на почат кови прогин пластини. Тiльки за умови досягнення критичного прогину верхнiй кiнець пружини З перекинеться рис. 11 вiд лiвого упора до правого, а нижнiй поверне важiль , як показано пунктиром. Така система контакту не мае самоповернення, тому пiсля охолодження i повернення пластини у вихiдне положення контакт 5 залишаеться розiмкнутим. У вихiдне положення контакти повертаються з натисненням спедiально кнопки б. На схемах контакт з нагрiвальним елементом зображуеться, як показано на рисунку 17.11, 6, контакт без самоповернення — на рисунку 11, в.

Теплові реле використовують для захисту вiд перенавантаження електродвигунiв та iнших споживачiв. Нагрiвання двигуна вiдбуваеться поступово, як i теплового реле, що можна розглядати як теплову модель контрольованого об’екта (двигуна). Уставка струму спрацювання теплового реле вибирасться за формулою (1). Теплове реле не реагус на великi пусковi стругаи двигунiв, тому що за час пуску не встигають нагрiтися нi двигун, нi реле. Iдеально, коли реле i двигун нагрiваються за однаковий час, тобто мають однаковi сталi часу теплового перехiдного процесу. Темаературне реле реагус на температуру об’скта, який воно захищас. Вимiрювальним елементом реле с термометри iз контактами, що замикаються ртуттю при й розширеннi. Тепловi реле розмiщенi безпосередньо на об’ектi. Комутацiйна здатнiсть контактiв реле захисту i керування невелика — не бiльаiе нiж 1...2 А при напрузi 220 В.

3. Комутацiйнi електричнi апарати Неавтоматичнi вимикачi — де апарати для нечастого ручного вмикання I розмикання тiльки робочих струмiв низьковольтних лен I споживачiв.

Рубильники

Рубильники за конструкцiею подiбнi до вiдокремлювачiв (див. рис. 5). Вiдмiннiсть полягас в тому, що нерухомi контакти розмiщено на спiльнiй iзоляцiйнiй основi. дуга, що виникас у момент розмикання робочих струмiв, гаситься в повiтрi за рахунок й роэтягання зi збiльшенням вiдстанi мiж ножем i нерухомим контактом. Для эменшення габаритiв випускають рубильники з дугогасними камерами. Номiнальна напруга рубильникiв не перевищус 380 В, номiнальнi струми дорiвнюють 1000 А. Стiйкiсть проти спрацювання становить близько 5000 циклiв комутацi.

Рубильники та рубаючi перемикачi призначенi для вертикальноi установки на панелях рiзних розподiльних пристроiв вiдкритого, закритого та водозахищеного викона ния i служать для нечастих неавтоматичних замикань та розмикань електричних кiл постiйного струму напругою до 440 в 1 змiнного струму частотою 50 га напругою до 500 в. Цi апарати роарахованi для тривалого режиму роботи при таких умовах: а) навантаження не бiльше номiнального струму; б) температура оточуючого середовиiца вiд —40 до +35°С; в) висота над рiвнем моря не бiльше 1000 м. Не допускаеться усi-ачовка рубильникiв у примiщеннях, атмосф вра яких насичена водяяоiо парою 1 пялом або мае пару 1 гази, якi руйяують метал та iзоляцiю, в пожежо- 1 вибухонебезпечних приТ

Т аблиця 1. Максимальний струм вимикання рубильникiв

\

Т а б л и ц я 2. Класифiкацiя та типовi позначення рубильникiв та рубаючих перемикачiв единоУ серiУ

мiщеннях, в мiсцях, не захищених вiд атмосферних опадiв, брязок води та iнших рiдин.

Розшифровуеться назна типу рубильняка чи перемикача так.

Лiтерна частина. а) Позначення з однiеi чи двох лiтер (Р, П, РБ, ПБ): Р — рубильник, П — леремикач, Б — бокова рукоятка.

б) Позначення з трьох лiтер (РПБ, ППБ, РПЦ, ППЦ). Першi лiтери Р 1 П — рубильняк чи перемикач, друга лiтера П — привод, третя лiтера: Б — боковий привод, Ц — дентральний привод.

Цифрова частнна. а) Перша цифра пiсля лiтерного позначення показуе кiлькiсть полюсiв (1, 2 в Э).

б) друга цифра показуе нсмiнальний струм апарата: 1-—100 а. 2—250 а, 4—400 а, 6—600 а.

Таблиця 3. Максимальний Рубальники та рубаючi перемикачi

Переріз алюмінієвих прово- роарахоаанi на приеднання не дів, що підводяться до ру- тiльки

Б ильника мiдних, але й алюмiнiеаих шин або провадяться

аодiа, окiнцьоааних алюмiнiеаими нако

——у- нечаиками.

Електричне спрацювання рубильни

преводiв,

кiа та рубаючах перемикачiз — 2500

вмикань та вимикань струму, значения

показанi у табл. 111. Механiчна спрацювання — 5000 циклiа амикань100 аимикань (без струму).

Апарати з бокоапю рукояткою, бо120 коiачм i центральним аажiльним призе240 дами можуть постазлятися з дугогасильними камерами i беа них, на iзоляцiйяих панелях i без них. Нормальним виконанням для цих апаратiа е аиконання без дугогасальних камер з устаноакою ча iзоляцiйнiй панелi.