Лабораторна робота № 1 конструкція і характеристики комутаційних апаратів напругою до 1000 в
Мета роботи: дослідити принцип дії та будову основних комутаційних апаратів напругою до 1000 В. Вивчити конструкцію комутаційних апаратів, які знаходяться в лабораторії (тривалість роботи 2 год.).
1 Основні теоретичні положення
На електростанціях і в мережах напругою до 1000 В використовуються такі типи апаратів:
- автоматичні вимикачі;
- магнітні пускачі;
- контактори;
- запобіжники;
- рубильники;
- перемикачі.
Автоматичні вимикачі (автомати) призначені для увімкнення і вимкнення електроустановок та ділянок електромережі, а також для їх автоматичного вимкнення при перевантаженнях, коротких замиканнях і змінах напруги. Автоматичне вимкнення забезпечується тепловим і електромагнітним розчеплювачем.
В автоматах не застосовується спеціальне середовище для гасіння дуги, вона гаситься у повітрі, тому вони називаються повітряними.
Автомати випускають різних виконань: однополюсні, двополюсні, триполюсні, чотириполюсні, швидкодіючі та нешвидкодіючі, селективні та неселективні, стаціонарні й на спеціальних візках, з переднім та заднім приєднанням шин і проводів, з ручним, двигунним, електромагнітним та пневматичним приводами, з розчеплювачами максимального, мінімального та зворотного струму, мінімальної напруги, для постійного і змінного струму.
Здатність до відмикання коротких замикань автоматів досягає 200-300 кА.
Система дугопоглинання автомата призначена для гасіння дуги, яка виникає при вимкненні струму. При великих струмах застосовують поздовжньо-щілинні та лабіринтно-щілинні камери, де використовується ефект гасіння дуги у вузькій щілині. Втягування дуги в камеру здійснюється магнітним дуттям.
Камера виконується із дугостійких матеріалів. Широко застосовуються дугопоглинаючі камери з металевими пластинами.
Механізм вільного розчеплення забезпечує вимкнення в будь-який момент часу, а також і в процесі увімкнення.
Розчеплювачі - це електромагнітні, напівпровідникові та термобіметалічні механізми, які контролюють заданий параметр і забезпечують вимкнення автомата при перевищенні параметрів. Автомати мають максимальні (для вимкнення струмів КЗ) та мінімальні (для вимкнення при зниженні напруги) розчеплювачі. Для дистанційного вимкнення застосовують незалежні розчеплювачі.
Допоміжні контакти (блок - контакти) механічно сполучені з головними контактами і використовуються в колах керування, сигналізації та блокування.
Розглянемо конструкції автоматів, які часто застосовуються на електростанціях і підстанціях.
Автомати серії А3700 конструктивно мало відрізняються від автоматів серії А3100, але мають кращі технічні характеристики, тому вони використовуються частіше і випускаються на струми 160-630 А, змінну напругу до 660 В, та постійну напругу до 440 В. Вони виготовляються у пластмасовому корпусі у двох виконаннях: неселективні з електромагнітними розчеплювачами максимального струму миттєвої дії з часом відключення струму К.З. 0,001-0,0015 с.; селективні з регулюванням часу вимкнення.
Габарити автоматів А3700 невеликі - від 112x320x181 мм до 225x500x229 мм, що дозволяє широко застосовувати їх в комплектних розподільних пристроях 0,4 кВ.
Автомати серії А3700 показані на стенді “Апарати до 1000 В.”
Автомати АП-50 крім захисту від перевантажень і струмів КЗ можуть використовуватись для пуску асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором, якщо захисні характеристики електродвигунів відповідають захисній характеристиці автомата. Випускаються в пластмасовому корпусі.
Автомат АП-50 показаний на стенді “Апарати до 1000 В”.
Автомати серії АВМ випускаються на номінальні струми від 400 до 2000 А і напругою до 500 В змінного і 440 В постійного струму.
Автоматичні вимикачі мають три види контактів на полюс:
- головні;
- попередні;
- дугорозривні.
Гасіння дуги відбувається в камері з дугопоглинаючою решіткою.
Автомати серії АВМ мають максимальні розчеплювачі з витримкою часу. Привід може бути ручним, важільним та електродвигунним. Вони виготовляються для стаціонарних установок і на візках для ЗРП.
Автоматичні вимикачі серії АМ випускаються на струми 800,1500, 3000, 5000 А та на змінну напругу 230-660 В і постійну напругу 440 В. Для кращого гасіння дуги передбачена камера з вузькою зигзагоподібною щілиною. Привід автомата ручний або пружинно-двигунний.
Контактори - це апарати дистанційного управління, призначені для увімкнення і вимкнення струмів навантаження, мають спеціальні пристрої для гасіння дуги.
Контактори виготовляються на струми 3000-4000 А на постійну напругу 220, 440, 650, 750 В та змінну напругу 380, 500, 660 В і допускають 600-1500 увімкнень за годину. Деякі спеціальні серії контакторів допускають до 1400 увімкнень за годину.
Контактор складається із системи головних контактів, дугопоглинаючої камери, елктромагнітної системи та допоміжних контактів.
В колах постійного струму застосовують контактори серії КПД-100 на струми до 300 А, КПВ-600 на струми до 630 А, а також КМ-2000 на струми до 300 А при напрузі до 600 В.
У колах змінного струму застосовуються контактори КТВ на струми до 600 А, КТ-35 на струми до 300 А, КТ-60 на струми до 1000 А напругою 380 В, а також КТ-6000 на струми до 600 А напругою 380 В для важких режимів роботи, що допускають до 1200 увімкнень за годину.
Принципова електрична схема управління електро-приймачем за допомогою контактора ілюструє найпростіше його застосування (рисунок 1.1).
Основним елементом контактора є електромагніт, який спрацьовує при подачі напруги на його котушку. З якорем електромагніта механічно сполучені головні контакти КМ1 та блок-контакти КМ2. Для увімкнення електроприймача достатньо натиснути кнопку 8ВС, тоді подається напруга на котушку електромагніта КМ, контактор спрацьовує і його головні контакти К вмикають електроприймач. Для вимкнення електроприймача достатньо натиснути кнопку SВТ, тоді коло живлення котушки КМ розмикається і під дією пружин якір електромагніта повертається у вихідний стан, розмикаючи контакти КМ1 та КМ2. Аналогічно увімкнення і вимкнення електроприймача можна здійснити від системи автоматів за допомогою контактів 1РА та 2РА.
Конструкція контакторів серії КТ і КТВ показана на стендах “Комутаційні апарати” і “Апарати до 1000 В”.
Рисунок 1.1 – Принципова схема керування електроприймачем за допомогою контактора та електродвигуном за допомогою магнітного пускача
Магнітні пускачі - це пристрої, які складаються, як правило, з триполюсного контактора, теплових реле і блок-контактів. Вони призначені для управління електродвигунами трифазного струму потужністю до 75 кВт.
Принципова схема управління електродвигуном за допомогою магнітного пускача (рисунок 1.1) передбачає, що в силовому колі увімкнені теплові реле 1КК та 2КК, а в колі керування - їх контакти. Пуск і зупинка двигуна здійснюється кнопками SВС і SВТ аналогічно до схеми з контактором. При перевантаженнях спрацьовує одне з теплових реле 1КК або 2КК і відповідний контакт розмикається, розриваючи коло живлення котушки пускача КМ.
На стендах “Комутаційні апарати” і “Апарати до 1000 В” показані магнітні пускачі серії ПМЕ, а також пускач з кнопками управління закордонного виробництва.
Запобіжники - це апарати, які призначені для захисту від перевантажень та коротких замикань окремих електроустановок та ділянок мережі.
Принцип роботи усіх запобіжників грунтується на розплавленні каліброваного дроту (плавкої вставки) при проходженні по ньому струму, більшого від номінального.
Плавкі вставки - основні елементи запобіжника, виготовляються із міді, цинку, свинцю та срібла.
Для підвищення надійності спрацювання при малих струмах перевантаження на мідні плавкі вставки напаюють оловяні кульки, які розплавляються швидше за мідь і розчиняють її, звужуючи тим самим переріз плавкої вставки.
Плавкі вставки також мають складну форму із різною площею поперечного перерізу, яка забезпечує розплавлення тонких перешийків і утворення кількох дуг, що полегшує вимкнення струмів КЗ.
Запобіжники з закритими розбірними патронами без наповнювача типу ПР-2 показані на стенді “Апарати до 1000 В”. Виготовляються на напругу 220 і 500 В і струми патронів 15-1000 А. Граничний струм вимкнення є в межах 1200-2000 А.
Запобіжники насипні типу ПН-2 також показані на стенді “Апарати до 1000 В”. Застосовуються для захисту силових кіл до 500 В змінного і 440 В постійного струму та виготовляються на номінальні струми 100-500 А. Граничний струм вимкнення сягає 50 кА. Наповнювачем запобіжника є чистий кварцевий пісок (99% SiО2).
Основним недоліком запобіжників є однократна дія і необхідність заміни плавкої вставки після спрацювання, або ж всього запобіжника. Тому сьогодні в електроустановках до 1000 В найчастіше застосовуються автоматичні вимикачі.
Рубильник - це неавтоматичний вимикач з ручний приводом на два положення (увімкнено-вимкнено).
Рубильник, що призначений для почергового увімкнення двох різних кіл, називають перемикачем.
Основна серія рубильників випускається на номінальні струми 100-600 А з такими приводами:
- з центральним приводом - Р;
- з центральним важільним приводом - РПЦ;
- з боковим важільним приводом.
При відсутності дугопоглинаючих камер рубильниками типу Р не допускається вимкнення струму навантаження.
Рубильниками типу РПЦ та РПБ допускається вимкнення струму не більше четвертини від номінального.
Рубильники серії Р-2000 випускаються для кіл постійної напруги на номінальний струм 800-5000 А, змінної напруги на номінальний струм 800-4000 А.
Основні типи рубильників, які використовуються в електроустановках, показані на стендах “Комутаційні апарати” і “Апарати до 1000 В”.