Аппаратура автоматического управления
аппаратам распределения электрической энергии до 1000
К аппаратам распределения электрической энергии до 1000 В, или распределительным устройствам низкого напряжения, относятся автоматические воздушные выключатели, предохранители, неавтоматические выключатели (рубильники, пакетные выключатели)
Назначение и основные элементы автоматических воздушных выключателей (автоматов). Автоматические воздушные выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей до 1000 В при токах КЗ и перегрузках, а также для отключения и включения токов нагрузки оперативным персоналом. Кроме того, эти аппараты широко используются для выполнения устройства автоматического включения резерва — АВР на двухтрансформаторных подстанциях и на распределительных щитах с двумя вводами, где схема АВР дает команду на отключение рабочего и включение секционного или другого резервного автоматического выключателя, нормально находящегося в отключенном положении.
В каждом автоматическом выключателе предусматривается один или несколько так называемых расцепи теле и — устройств, воздействующих на его отключение или включение. По принципу действия, способу выявления аварийной ситуации и назначению различают расцепители электромагнитные, тепловые, полупроводниковые, минимального напряжения, независимые и др.
Электромагнитные расцепители используются для отключения автомата при КЗ и представляют собой максимальные токовые электромагнитные первичные реле прямого действия, которые включаются в каждую из трех фаз защищаемого элемента. Электромагнитные расцепители могут осуществлять мгновенное отключение автомата (его тогда называют неселективным) или действовать на встроенный орган выдержки времени, который создает замедление в отключении автомата на 0,25, или 0,4, или 0,6 с; такие автоматы называются селективными и используются в электроустановках до 1000 В, где последовательно может быть включено несколько участков, защищаемых автоматическими выключателями. Таким образом, время срабатывания самого электромагнитного расцепителя не зависит от тока и по аналогии с мгновенно действующей релейной защитой электромагнитный расцепитель называют также отсечкой. Основным назначением отсечки является отключение междуфазных КЗ, но в ответственных электроустановках стремятся обеспечить быстрое отключение также и однофазных КЗ на землю, что мол-сет достигаться путем увеличения токов при этом виде КЗ (например, установкой трансформаторов со схемой соединения обмоток ∆/Y или Y/Y, см. § 3), а также использованием специальных расцепителей или реле в нулевом проводе, которые могут быть настроены на значительно меньшие токи срабатывания, чем электромагнитные расцепители.
На трансформаторах с выключателями на стороне 10 кВ, где все устройства релейной защиты могут воздействовать на отключение также и автоматического выключателя 0,4 кВ (§ 8, рис. 19), электромагнитные расцепители не используются, а автомат отключается с помощью независимого расцепителя (электромагнита отключения).
Независимый расцепитель предназначается главным образом для дистанционного отключения автомата. Катушка этого расцепителя рассчитана на номинальное напряжение переменного или постоянного оперативного тока, принятого на защищаемой подстанции. Независимый расцепитель используется на подстанциях, где со стороны 10 кВ трансформатор защищается плавкими предохранителями (рис. 11, а), для отключения автоматического выключателя 0,4 кВ от дополнительных устройств релейной защиты: газовой ГЗ (если имеется газовое реле, § 10) и* специальной токовой защиты нулевой последовательности СТЗНП на стороне 0,4 кВ (§ 9).
Независимые расцепители используются и при выполнении на двухтрансформаторной подстанции устройства АВР (рис. 11,6), которое при длительном исчезновении напряжения на источнике А (или Б) отключает автоматический выключатель АВ\ (или АВ2) и затем включает секционный автомат ABC
Рис. 11. Схемы трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, на которых используются автоматические воздушные выключатели (автоматы) АВ с независимым расцепителем HP: a — однотрансформаторная; б — двухтрансформаторная подстанция с устройством автоматического включения резерва АВР на секционном автомате ABC
В автоматических выключателях могут устанавливаться также тепловые или полупроводниковые расцепители, имеющие обратно зависимую от тока характеристику выдержки времени и предназначенные для защиты электрооборудования от токов перегрузки и удаленных КЗ.
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, т. е. пластину из двух металлов с разными температурными коэффициентами расширения. При нагревании такая пластина изгибается и своим свободным (незакрепленным) концом воздействует на механизм свободного расцепления автоматического выключателя, вызывая его отключение. Зависимость времени срабатывания теплового расцепителя от проходящего через защищаемую цепь электрического тока имеет примерно такой же вид, что и времятоковые характеристики плавких предохранителей (рис. 7, б и 8, б, в). Тепловой расцепитель рассчитан на прохождение тока, равного его номинальному току /ном. т в течение сколько угодно большого времени. Расцепитель срабатывает, если ток в защищаемой цепи превышает его номинальное значение на 20— 35%, но при этом время срабатывания очень велико (минуты), что и является первым принципиальным недостатком теплового расцепителя. Другим недостатком является большое влияние изменения температуры окружающей среды на точность работы теплового расцепителя по току и по времени. Из-за этих недостатков тепловые расцепители, как правило, используются совместно с электромагнитными. Такие расцепители называются комбинированными. В современных выключателях (серии А-3700, ВА) устанавливаются регулируемые полупроводниковые комбинированные расцепители, которые имеют обратно зависимую от тока времятоковую характеристику для защиты от перегрузки и быстродействующую защиту (отсечку) от токов КЗ, причем для быстрого и надежного отключения однофазных КЗ в выключателе серии ВА имеется специальный блок, реагирующий на ток в нулевом проводе и настраиваемый на номинальный ток расцепителя, т. е. значительно более чувствительный, чем фазные расцепители.
Условные обозначения автоматических выключателей начинаются с букв А (автомат) или ВА (выключатель автоматический), Далее ряд букв и цифр мер, буква С показывает, что выключатель селективный (имеется регулируемая выдержка времени). мер, буква С показывает, что выключатель селективный (имеется регулируемая выдержка времени).
Рубильники
Рубильники бывают одно-, двух- и трехполюсные. Они могут иметь один, два или три подвижных ножа 1 (рис. 9, а), скрепленных траверсой из изолирующего материала и установленных в шарнирах. При включении рубильника ножи рукояткой, установленной на траверсе, поворачивают в шарнирах и вводят в контактные губки 2, при отключении — выводят.
При разрыве цепи между ножами рубильника и контактными губками возникает электрическая дуга, выделяющая большое количество тепла, тем большее, чем больше отключаемая мощность. При отключении дугу гасят, быстро отводя ножи рубильника на максимально возможное расстояние от губок.
Для разрыва электрической дуги с большой скоростью, не зависящей от скорости движения рукоятки 3, рубильники снабжают моментными ножами, которые соединяют с главными ножами пружиной.
Рис. 9. Трехполюсный рубильник
Рубильники выпускают на токи до 1000 А при напряжении до 500 В. При больших значениях отключаемого тока для безопасности обслуживания на рубильники надевают защитные кожухи 4 (рис. 9, б) или управляют рубильниками на расстоянии при помощи механического привода (рис. 9, б).
Наиболее уязвимыми местами рубильника являются контактные поверхности — места соприкосновения ножей с губками (рис. 10). Контактные поверхности ножей 1 и губок 2 должны быть всегда чистыми, так как появление на них слоя окиси или грязи увеличивает электрическое сопротивление, что вызывает чрезмерный нагрев их. Губки должны плотно прилегать к плоскости ножей, неплотное прилегание также может вызвать нагрев и обгорание контактных поверхностей.
После многочисленных включений и отключений ножи и губки обгорают и их либо заменяют новыми, либо ремонтируют. При небольшом обгорании контактных поверхностей их очищают от копоти, наплывов и других неровностей напильником и стеклянной шкуркой, мелкой зернистости, снимая как можно меньше металла. Смазывать при очистке ножи и губки не рекомендуется, так как при возникновении дуги смазка сгорает и загрязняет контактные поверхности.
Материалом для изготовления ножей служит полосовая электролитическая медь. Размеры новых ножей должны полностью соответствовать размерам старых.
Большое значение имеет правильная пригонка деталей рубильника. Все болтовые соединения должны быть нормально затянуты, нельзя допускать перекашивания ножей
Особое внимание обращают на шарнирные соединения рубильников, которые не участвуют в разрыве электрической цепи, но при включенном рубильнике являются частью цепи, по которой проходит электрический ток. Основная причина выхода из строя шарнирных соединений — механический износ. Срок службы этих соединений можно увеличить, регулярно очищая их от грязи бензином или спиртом, а затем смазывая техническим вазелином.
Качество шарнирных соединений проверяют, определяя их нагрев под нагрузкой. Если наблюдается сильный нагрев, то проверяют контактное нажатие в соединениях. Причиной сильного нагрева может быть износ, ослабляющий нажатие. Изношенные шарниры заменяют новыми, а годные для работы очищают, смазывают и затягивают.
Пленка окиси, появляющаяся на деталях рубильника и ухудшающая электрический контакт, обычно не мешает работе шарнирных соединений, так как она разрушается при перемещении трущихся поверхностей относительно друг друга. Для ее разрушения достаточно несколько раз включить и отключить рубильник.
Пакетные выключатели
Пакетные выключатели применяют для ручного включения и выключения в электрических цепях постоянного и переменного тока напряжением до 380 в (рис. 11). Выключатель имеет специальные пружинящие контакты 8, позволяющие быстро производить разрыв и замыкание электрической цепи шайбы б, изготовленные из специального дугогасящего материала — фибры. От соприкосновения с искрой из фибровой шайбы выделяются углекислый газ, водород или водяной пар, которые способствуют быстрому гашению дуги, возникающей при замыкании и размыкании контактов.
При повороте рукоятки 4 сначала натягивается пружина, а затем четырехгранная ось 7 под действием взведенной пружины поворачивается с большой скоростью и размыкает или замыкает контакты 5 и 8.
Ремонт пакетных выключателей сводится в основном к замене изношенных деталей Наиболее слабым местом является сильно напряженная пружина, которая заводит включающий механизм. В случае порчи пружины, ее заменяют новой.
Неподвижные контакты 5 свободно устанавливают в пазах и прижимают искрогасительными фибровыми шайбами 6 При подгорании контактов разбирают выключатель и зачищают их Неподвижные контакты могут быть изготовлены в ремонтном цехе по образцам заменяемых. Фибровые дугогасительные шайбы, вышедшие из строя, заменяют новыми.
Предохранительные устройства
Для защиты электрических цепей от аварийных режимов и защиты электрических сетей предназначены специальные устройства - предохранители. Они бывают: с плавкой вставкой, пробка или плавкий предохранитель.
Так же они бывают разными для отдельного электроприбора, отдельной силовой или осветительной цепи или для всей электросети дома.
Предохранители рассчитаны на пропускание определенного количества электроэнергии, соответствующего толщине сечения электрических проводов внутриквартирной сети. Оптимальными для осветительной сети квартир в 220 В являются пробковые или автоматические предохранители на 6 ампер для жилых комнат и 10-16 ампер - для кухни и санузла. Более мощные предохранители в 25 ампер устанавливаются в электрических сетях с напряжением в 220-380 В (например, для электроплит).
В последнее время для обеспечения безопасности электросети устанавливаются устройства электрозащитного и противопожарного отключения. Принцип действия основан на отключении электросети в случае ее аварийного режима работы, в том числе при появления утечки тока в 10 миллиампер. При этом время отключения составляет всего лишь 0,03 секунды. Утечка тока наступает в случаях, когда происходит контакт человека с открытыми токопроводящими частями электрооборудования, а также при потере изоляцией электропроводки диэлектрических свойств и замыкании их между собой или на землю.
К каждой линии электросети должно подключаться столько электроприборов, чтобы их общая мощность не превышала расчетной мощности сети. Для сети освещения в 220 В с предохранителями в 6 А мощность составляет 1.ЗкВт, с предохранителями в 10 А - 2,2 кВт. Зная паспортные значения мощности электроприборов, нетрудно подсчитать общее их количество, допустимое к подключению в электросеть.
Но и здесь у вас не будет проблем, если в электросчетчике установлены автоматические предохранители: всякое превышение установленной для сети мощности будет сопровождаться автоматическим отключением электроэнергии. Но если у вас пробковые предохранители с "жучками", то в этом случае общая мощность электросети увеличивается на толщину "жучка", что ведет к перегрузке электросети.
Плавкий предохранитель (рис.1А) ("пробка керамическая") является простейшим устройством для защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий. Пробки перегорают при коротком замыкании в электрической цепи или при длительной перегрузке.
Принцип действия предохранителя – внутри фарфоровой трубки (1) плавкой вставки ("предохранителя") есть проволочка, которая при протекании по ней тока – нагревается. Во время перегрузки или короткого замыкания она перегорает. Цепь тока при этом разрывается. При коротком замыкании предохранитель срабатывает практически мгновенно, а при перегрузках – через некоторое время.
Все вставки имеют одну длину, но разные диаметры:
на 6 aмпер – 6 милиметров
10 ампер – 8 миллиметров
15А – 10 мм
20А – 12 мм
Для защиты от ошибочной установки завышенной по току сменной плавкой вставки ("защита от дурака") на дне гнезда, над центральным контактом имеется фарфоровая гильза с отверстием на 6, 8, 10 или 12 мм.
Узнать, целый предохранитель или сгорел - можно с помощью электр. тестера или проверить простейшим лампочным пробником.
Пробочные автоматы резьбовые (автоматическая пробка) (рисунок 1Б) ввёртываются как и пробки. При перегрузке и коротких замыканиях в линии – автомат отключает её. Цепь восстанавливается нажатием на кнопку (2). Кнопка-выключатель (3) служит для отключения цепи.
Бытовой автомат (автоматический выключатель) (рис.1В) совмещает функции предохранителя и выключателя. После его срабатывания – сначала перевести тумблер (4) в положение 'отключено', а затем - включить.
Из перечисленных устройств, обычная керамическая пробка (pис. 1A) с плавким предохранителем - самая надёжная защита от перегрузки и короткого замыкания в электрической цепи. Интересно, что, при этом, и недорогая. Электромеханические предохранители (рис. 1Б, 1В) имеют слишком большой "разброс" по току срабатывания.
| А - резьбовой предохранитель ("пробка керамическая") Б - автоматическая пробка (ПАР) В - бытовой автомат (автоматический выключатель) 1 - плавкая вставка для керамической пробки ("предохранитель") 2 - "включить" 3 - "отключить" 4 – тумблер |
Аппаратура автоматического управления
Автоматизированное управление приводами предназначено для автоматического выполнения определенного рабочего цикла в соответствии с требованиями производственного процесса.
Автоматизация управления электроприводами почти устраняет возможность ошибок при пуске и торможении, приводит к увеличению производительности машины и облегчает работу обслуживающего персонала.
Автоматизированное управление осуществляется при помощи контакторов, реле различных типов и других аппаратов.
Аппаратура автоматики может быть подразделена на четыре основные группы:
1) аппаратура для изменения цепей главного тока, т. е. цепей электродвигателя. К этой группе относятся пусковые аппараты: магнитные пускатели, контакторы и масляные выключатели с электрическим приводом (последние для цепей выше 1000 в);
2) аппаратура управления, воспринимающая изменения тех или иных электрических и других параметров (тока, напряжения, частоты, давления и т. д.) и воздействующая на аппараты первой группы; аппаратуру данной группы называют реле управления;
3) аппаратура, при помощи которой обслуживающий персонал может влиять на работу автоматического управления, например начало, режим и конец работы. Аппараты, на которые воздействует человек, называются командоаппаратами. Подобные же аппараты, но воздействующие на автоматическое управление через какой-либо орган машины, называются путевыми выключателями или переключателями;
4) аппаратура защиты двигателей, защищающая двигатель или весь электропривод от аварийных режимов работы; эту аппаратуру называют реле защиты.
Рассмотрим два основных аппарата для изменения цепей главного тока: контакторы и магнитные пускатели.
Контактором называется электромагнитный аппарат, служащий для повторных замыканий и размыканий силовых электрических цепей, с кнопочным или автоматическим управлением. Помимо основного назначения (замыкать и размыкать цепь) контактор защищает электродвигатель от самопроизвольных повторных включений при появлении напряжения в сети после его снятия или снижения. Промышленность выпускает одно- и двухполюсные контакторы для цепей постоянного тока, а также двух- и трехполюсные для цепей переменного тока. Одни и те же типы контакторов в схемах автоматизированного управления двигателями могут выполнять разнообразные переключения. Контакторы, включающие двигатели в сеть, называются линейными; меняющие направление вращения двигателя — реверсирующими; шунтирующие пусковые сопротивления в цепи двигателя — пусковыми или контакторами ускорения и т. д.
Рис. 53. Контактор переменного трехфазного тока
Контакторы переменного тока общепромышленного назначения выпускаются пяти габаритов и рассчитаны на токи главной цепи от 75 до 600 а. Время включения и отключения контакторов составляет 0,04—0,1 сек. Контакторы допускают до 120 включений в час. Это относительно небольшое число включений у контакторов переменного тока определяется тем, что ток включения в катушках контакторов в 10—15 раз превышает величину тока при втянутом якоре.
Контакторы с дугогасительным устройством могут коммутировать пиковые токи, не превышающие в пусковых режимах четырехкратного, а в аварийных —семикратного значения номинального тока.
Магнитные пускатели в защищенном исполнении представляют собой стальной ящик, в который встроен трех-полюсный контактор переменного тока с замыкающими контактами и защитные реле в двух фазах. Кроме главных контактов у контактора магнитного пускателя предусматриваются один или несколько блок-контактов. В комплекте с магнитным пускателем устанавливаются кнопки «Пуск» и «Стоп», с помощью которых производится управление пускателем. Кнопки устанавливаются в непосредственной близости к пускателю или на каком-то расстоянии от него (для удобства обслуживающего персонала). Магнитные пускатели служат для местного и дистанционного включения и выключения двигателей (нажатием кнопок) и для защиты двигателей от перегрузки и от самопроизвольного включения после исчезновения напряжения в питающей сети. Изготовляются они для управления двигателями мощностью от 2,5 до 75 кет при напряжении до 500 в.
Различают нереверсивные и реверсивные магнитные пускатели. Последние изменяют направление вращения двигателя.
Для защиты от коротких замыканий перед магнитным пускателем устанавливают плавкие предохранители или автоматические выключатели. При этом номинальный ток плавкой вставки предохранителя не должен превышать четырехкратного тока нагревательного элемента теплового реле, в противном случае при коротких замыканиях возможно сгорание этого элемента.
Реверсивные магнитные пускатели имеют два контактора— один для прямого, другой для обратного хода. Для управления такими пускателями применяются кнопочные станции с тремя кнопками: «Вперед», «Назад» и «Стоп».
В реверсивных пускателях обязательно предусматривается электрическая блокировка, не допускающая одновременного включения обоих контакторов.
В настоящее время промышленность выпускает магнитные пускатели различных типов. Наибольшее применение имеют пускатели типа П. Тип пускателя обозначается буквой П — пускатель и тремя цифрами, из которых первая указывает величину, вторая — устройство пускателя по роду защиты от окружающей среды и третья — исполнение (реверсивное, нереверсивное, с тепловыми реле или без них). Открытое исполнение обозначается цифрой, защищенное — цифрой. Нереверсивные пускатели обозначаются цифрой 1 без тепловых реле и цифрой 2 с тепловыми реле; реверсивные — цифрой без тепловых реле и цифрой с тепловыми реле. Например, магнитный пускатель типа П-323 расшифровывается следующим образом: пускатель третьей величины, в защищенном исполнении, реверсивный без тепловых реле.
При необходимости выбора нагревательного элемента к тепловому реле пускателя пользуются справочниками или каталогами.