- •7.092201 "Электрические системы и комплексы транспортных средств"
- •Содержание
- •1. Общие сведения, терминология и история развития сээс
- •2. Классификация сээс
- •3. Параметры сээс
- •4. Показатели качества электроэнергии
- •5. Судовые электроприемники (потребители)
- •6. Общие сведения о судовых источниках электроэнергии
- •6.1. Судовые генераторы постоянного тока
- •6.2. Синхронные генераторы (сг)
- •6.3. Генераторные установки отбора мощности (гуом)
- •6.4. Обслуживание генераторных источников электроэнергии
- •6.4.1. Генераторы постоянного тока
- •6.4.2. Генераторы переменного тока
- •6.5. Аккумуляторные батареи
- •6.5.1. Выбор и размещение аккумуляторов на судне
- •6.6. Преобразователи электроэнергии
- •7. Регулирование напряжения и частоты в сээс
- •7.1. Принципы построения сарн синхронных генераторов
- •7.2. Сарн с токовым компаундированием
- •7.3. Системы амплитудно-фазового компаундирования
- •7.4. Комбинированные сарн
- •7.5. Работа сарн генераторов серии мсс (рис. 41)
- •7.6. Система возбуждения и арч генераторов серии гмс
- •7.7. Работа системы возбуждения генераторов серии мск (рис. 42)
- •7.8. Система возбуждения генераторов серии сбг
- •7.9. Дополнительные функции сарн
- •8. Регулирование частоты вращения приВодных двигателей
- •8.1. Система автоматического регулирования частоты дг
- •8.2. Система автоматического регулирования частоты электромашинного преобразователя
- •9. Производство электроэнергии на судне
- •9.1. Выбор числа и мощности
- •9.1.1. Методы определения мощности сээс
- •9.1.2. Выбор числа и мощности генераторных агрегатов
- •9.2. Схемы электрических соединений сээс
- •9.2.1. Особенности выполнения схем судовых электростанций
- •9.2.2. Основные характеристики систем с разным режимом нейтрали
- •9.2.3. Типовые схемы судовых электростанций промысловых судов
- •9.3. Параллельная работа источников электроэнергии на судне
- •9.3.1. Преимущества и недостатки параллельной работы генераторов
- •9.3.2. Параллельная работа генераторов постоянного тока
- •9.3.3. Параллельная работа синхронных генераторов
- •9.3.4. Параллельная работа утилизационного тг и дг
- •9.3.5. Особенности параллельной работы вало- и дезель-генераторов
- •9.3.6. Включение генераторов на параллельную работу
- •10. Распределение электроэнергии на судне
- •10.1. Судовые кабели, провода и шинопроводы
- •10.2. Электрические распределительные устройства
- •10.2.1. Назначение распределительных устройств
- •10.2.2. Классификация ру по исполнению и роду тока
- •10.2.3. Вторичные распределительные щиты
- •10.3. Аппаратура распределительных устройств
- •10.3.1. Основные физические процессы в контактных электрических аппаратах, имеющих место при коммутациях
- •10.3.2. Виды аппаратов, используемых в сээс
- •10.3.3. Автоматические выключатели
- •10.3.4. Автоматические выключатели приемников
- •10.3.5. Параметры и характеристики ав
- •10.3.6. Особенности генераторных выключателей
- •10.3.7. Измерительные трансформаторы
- •11. Судовое освещение
- •11.1. Питание цепей основного освещения
- •11.2. Аварийное освещение
- •11.3. Выключатели в цепях освещения
- •11.4. Штепсельные розетки
- •11.5. Сигнально-отличительные фонари
- •11.6. Светотехническое оборудование
- •Основные характеристики светотехнического оборудования
- •11.7. Электрические источники света
- •11.8. Эксплуатация электрического освещения
10.3.3. Автоматические выключатели
Автоматический выключатель (АВ) представляет собой двухпозиционный электрический аппарат, предназначенный для автоматического размыкания цепи в заданных режимах работы (аварийный и ненормальный режим), а также для нечастых коммутаций. Автоматические выключатели часто называют автоматами.
Автоматы относятся к комбинированным электрическим аппаратам. При этом все они имеют как ручное управление, так и автоматическое. По времени срабатывания автоматы делят на универсальные (время срабатывания 10-100 миллисекунд), быстродействующие (0.2-10 миллисекунд) и селективные (до 1 сек.).
Первые две группы часто объединяют под названием установочные аппараты, то есть они устанавливаются непосредственно перед той установкой, которую они защищают. Между ними и защищаемым оборудованием нет других средств защиты, поэтому эти аппараты должны срабатывать первыми в схеме защиты при повреждении в защищаемой зоне.
Селективные автоматы (избирательные) используются для обеспечения избирательности действия защиты электрооборудования. При этом селективность действия достигается выбором тока и временем срабатывания. И то и другое как правило регулируется, и выбранное значение Iсраб и tсраб устанавливается при настройке по результатом расчета.
Любой АВ содержит следующие элементы и системы:
Контактная система.
Система дугогашения.
Привод.
Механизм свободного расцепления (МСР).
Расцепители.
Коммутатор вспомогательных контактов.
Система замедления (только у селективных выключателей).
Рассмотрим подробнее выполнения этих систем.
Контактная система – 1 является наиболее ответственным узлом аппарата, длительно находящаяся под током, и способная отключить цепь в заданном режиме. Конструктивное исполнение контактной системы зависит от уровня рабочего тока в защищаемой цепи. Так при токах до 200 А автоматы как правило выполняются с одной парой главных контактов, и имеют одноступенчатое действие. При больших токах применяются двух и трех ступенчатые системы, соответственно с двумя или тремя парами контактов. Например, в 3-х ступенчатой системе сначала включаются дугогасительные контакты, потом предварительные, а затем рабочие контакты, при размыкании цепи процесс обратный.
Дугогасительная система предназначена для гашения дуги во всех режимах работы оборудования. Так в установочных аппаратах обычно используются камеры с дугогасительными решетками из стальных пластин. Такая конструкция обеспечивает хорошее дробление дуги, и успешное ее гашение при токах до 40 кА , и переменном напряжении 220 В, и до 20 кА постоянного тока при напряжении 440 В. Сам каркас дугогасительной решетки выполняется из газогенерирующего материала. Электромагнитное дутье чаще всего используется в аппаратах постоянного тока.
В судовых АВ используется ручной, электромагнитный и электродвигательный привод, предназначенный для приведения аппаратов в рабочее состояние. Управление приводом может быть как местным, так и дистанционным, выполняется как на переменном, так и на постоянном токе. Отключение аппарата может быть ручным (на малых токах), дистанционным и автоматическим (при больших токах). Причем в слаботочных цепях используется АВ прямого действия, в сильноточных цепях – косвенного действия, за счет воздействия на механизм свободного расцепления.
Механизм свободного расцепления предназначен для обеспечения возможности отключения АВ расцепителями в тех случаях, когда привод удерживает АВ во включенном состоянии, то есть при этом нарушается связь между приводом и контактной системой, и под воздействием отключающей пружины контакты расходятся. Благодаря наличию такого механизма автомат отключается при возникновении ненормальных условий в защищаемой цепи, несмотря на включенное состояние привода. МСР не позволяет включить АВ вновь, или самопроизвольно включится без выполнения операции возврата МСР в исходное состояние.
Кинематическая схема, поясняющая принцип действия МСР приведена на рис.88. Здесь имеет место три фиксированных состояния:
а) После автоматического отключения.
б) Положение, предшествующее включению АВ.
в) Положение включено.
Обычно МСР выполняется в виде двух, трех коленной системы рычагов. Так при включении аппарата колено имеет изгиб внизу (рис. 88 в), цепь замкнута. При отключении вручную колено получает обратный изгиб, размыкая цепь. Выполняется операция с помощью пружины и расцепителя.
Расцепитель – это элемент управления или защиты, который отключает автомат, автоматически воздействуя на МСР. В зависимости от функций различают:
Максимальный расцепитель – это элемент защиты по току или напряжению срабатывающий при превышении заданных значений ( уставок).
Минимальный расцепитель – тоже, но при уменьшении заданных значений.
Независимый расцепитель – отключающий АВ при подаче на расцепитель управляющей команды, то есть питания. Обычно независимые расцепители используются для дистанционного управления АВ.
Как правило, расцепители имеют принцип действия электромагнита. Различие заключается только в том, когда происходит отключение аппаратов, при подаче питания на расцепитель, или при снятии ее.
Для указания состояния автомата: включен, отключен или в состоянии несоответствия, используются сигнальные средства ( это могут быть лампы двух цветов: красный и зеленый, или специальный флажок – блинкер, также имеющий двух цветное исполнения).
Максимальный и минимальный расцепитель также как правило выполнен с помощью электромагнита, обеспечивая функцию отключения при к.з., перегрузках и снижениях напряжения. Кроме того, для защиты от перегрузок часто используется тепловые расцепители на базе биметаллической пластинки. Ее применение позволяет легко реализовать требуемую время-токовую характеристику (чем больше ток, тем меньше время срабатывания, и наоборот).
Замедлители устанавливаются в виде промезжуточного элемента между расцепителем и МСР. Чаще всего применяют гидравлические и пневматические замедлители. Часовой механизм в судовых АВ практически не применяется.
Коммутатор вспомогательных контактов предназначен для выполнения дополнительных коммутаций в цепях управления, защиты и сигнализации, при изменения состояния АВ. Количество и вид контактов определяется схемой защиты и управления.
Все судовые АВ делятся на генераторные АВ и АВ приемников. Первые выполняют коммутацию и защиту генераторов, а также секционных перемычек. Вторые используются для защиты и коммутации фидеров, вторичных распределительных щитов и отдельных электроприемников. Наибольшее применение на отечественных судах получили генераторные АВ серии АС и АМ. Выключатели серии АМ более совершенны по конструкции, чем серия АС. Они выпускаются в двух и трех полюсном исполнении и рассчитаны на токи от 800 до 5500 А, при этом под номинальным током генераторного АВ принято понимать номинальный ток его главных контактов, то есть это характеристика длительно-допустимого тока транзита через выключатель. Вторым параметром АВ является номинальный ток расцепителя, причем он может быть как равным номинальному току главных контактов, но и быть меньше его. Например, широко применяемый выключатель АМ8 комплектуется расцепителями на токи 130, 190, 260…800 А. Обычно эти выключатели комплектуются электродвигательным приводом взвода пружины (рис.90). Он содержит:
Коллекторный ДПТ.
Электромагнитную муфту УС соединяющую двигатель с редуктором, через который осуществляется взвод пружины МСР.
Электромагнит УA включения выключателя.
Расцепитель КV1 обычно независимого или минимального исполнения.
Путевые выключатели SQ1 и SQ2 работающие одновременно с главными контактами.
Контакты SF1 – SF4 с помощью которых осуществляется управление механизмом взвода пружины.
QF – главная контактная система АВ.
FА – максимальный расцепитель.
КV2 – минимальный расцепитель по напряжению.
Каждое включение или отключение АВ происходит за счет энергии взведенных ранее пружин, поэтому после каждого срабатывания АВ схема сразу же переходит в исходное состояние, готовя цепь пуска двигателя М к очередному взводу пружины. После взвода пружины выключатель готов к очередному срабатыванию. Приведенная схема соответствует состоянию АВ с взведенными пружинами.
При нажатии на кнопку «Пуск» электромагнит УА освобождает замок взведенной пружины, АВ включается и при этом размыкается контакт SQ1, а контакт SQ2 переходит в положение 1 указанной схемы. За счет этого обеспечивается возможность очередного пуска двигателя, и соответственно очередного взвода пружины. В конце взвода пружины контакты SF1 и SF2 размыкаются, а контакты SF3 и SF4 – замыкаются, электродвигатель взвода пружин отключается. При нажатии на кнопку «Стоп» подается питание на расцепитель КV1, отключается выключатель размыкая контактную систему. При этом контакт SQ1 замыкается, а SQ2 переходит в положение 2. В итоге через замкнутый контакт SF3 вновь создается цепь включения двигателя М.
Собственное время отключения выключателей серии АМ не превышает 0.08 сек, в то время как на взвод пружины с момента подачи команды до состояния готовности требуется время до 10 сек. Схема управления содержит защиту о снижении напряжения на шинах генератора на 20-30% , ( уставка регулируется с помощью Р3) за счет постоянной времени С-R2-R3 обеспечивается выдержка времени до двух секунд. После этого расцепитель КV2 срабатывает, и действует на отключение выключателя. Если напряжение восстановится в течении этого времени, срабатывание КV2 не происходит.
В тех случаях, когда по условиям эксплуатации требуются производить многократные коммутации сетей, то ПТЭ предписывают обеспечить 30-ти минутный перерыв по истечении 10-ти срабатываний АВ. На случай возникновения неисправностей в цепях управления двигателя М взвода пружин, конструкция выключателя предусматривает возможность ручного взвода с помощью рукоятки отделенной пружиной от вала механизма взвода с помощью храповика.