Раздел 2 Специальная часть

2.1 Назначение и устройство, аппаратуры защиты до 1000 в

Электрические аппараты защиты до 1000 В служат для ручного или автоматического включения и отключения электрических цепей и их автоматической защиты при различных аномальных режимах. По назначению электрические аппараты подразделяются на коммутационные, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей, защитные, предохраняющие электрические цепи и электродвигатели от длительного воздействия токов короткого замыкания и перегрузок, управления, контролирующие и регулирующие, применяемые для автоматической стабилизации или регулирования заданных параметров электрической цепи и т.п. В пределах каждой из этих групп аппараты различаются по напряжению, роду тока (постоянный, переменный), роду защиты от окружающей среды, способу действия (электромагнитные, индукционные, тепловые, магнитоэлектрические) и ряду других факторов — быстродействию, способу гашения дуги и т.п. По способу воздействия на электрическую цепь различают аппараты контактные, которые замыкают или размыкают электрическую цепь при помощи контактов, и бесконтактные, воздействующие на электрическую цепь путем резкого изменения своей проводимости. Контактные аппараты бывают ручного и электромеханического управления, при котором подвижные контакты приводятся в действие при помощи электромагнита. Все эти аппараты обязательно содержат контактный узел, органы управления, а также могут иметь дугогасительные устройства. По конструктивному исполнению контактные узлы (сокращенно контакты) подразделяются на рычажные, мостиковые, врубные. По назначению контакты делятся на главные, которые включаются в цепь силового канала, и блокировочные (блок-контакты), используемые, в цепях управления. По действию контактов при начальном воздействии на орган управления их называют замыкающими или размыкающими. Дугогасительные устройства необходимы в аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве тока электрическая дуга вызывает подгорание контактов. В низковольтных аппаратах применяются два вида дугогасительных камер: с магнитным гашением дуги и с деионным. При магнитном гашении контакты помещены внутри дугогасительной камеры , изготовленной из теплостойкого изоляционного материала. С обеих сторон камера охвачена стальными щеками , приклепленными к торцам стального сердечника дугогасительного электромагнита, магнитное поле которого выталкивает дугу 6 в узкую щель камеры вверх.

Плавкие предохранители ПР-2 и ПН-2. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

- Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.

- При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.

- Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.

- Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.

- В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.

-Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типов ПР-2 и ПН-2.

Принцип действия предохранителей ПР-2. Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4—8 Мпа.

За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению. Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения.

Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными.

Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга. Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с на-пряжением до 500 В.

Плавкие предохранители ПН-2. Эти предохранители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения 1 предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и наполнитель — кварцевый песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, связанным с ножевыми контактами 9. Пластины 5 крепятся к корпусу винтами. В качестве наполнителя в предохранителях ПН-2 используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98 %, с зернами размером (0,2—0,4)10-3 м и влажностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120—180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка предохранителей ПН-2 выполняется из медной ленты толщиной 0,1— 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения 8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков по-следовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски 7 (металлургический эффект).

Принцип действия предохранителя ПН-2. При коротком замыкании плавкая вставка предохранителя ПН-2 сгорает и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100 А дуга имеет возрастающую вольт-амперную характеристику. Градиент напряжения на дуге очень высок и достигает (2—6)104 В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском 4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6 что предохраняет песок от увлажнения. При номинальном токе 40 А и ниже предохранитель имеет более простую конструкцию.

Рубильники и переключатели. Рубильники и переключатели являются ручными неавтоматическими аппаратами управления. Рубильники выполняются в виде одно-, двух- и трехполюсных аппаратов и служат для включения и отключения, а переключатели — и для переключения электрических цепей при номинальных токах и напряжениях, а также для оперативных действий без нагрузки.

По способу управления рубильники и переключатели бывают с центральной рукояткой — для установки на лицевой стороне распределительных щитов; с рычажным приводом — для установки на каркасе за распределительным щитом. Управление рубильниками и переключателями с рычажными приводами осуществляется с лицевой стороны щита. Рубильники с центральной рукояткой допускают отключение своего номинального тока при номинальном напряжении до 220 в. При более высоких напряжениях эти рубильники применяют для разрыва электрической цепи только при отсутствии в ней тока нагрузки, в качестве низковольтных разъединителей. При помощи рубильников с рычажными приводами можно отключить номинальные токи при номинальных напряжениях 220 в постоянного тока и 380 в переменного тока. В электроустановках напряжением выше 380 в рубильники с рычажными приводами используют только в качестве разъединителей.

Автоматические выключатели. Автоматические выключатель предназначены для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 В и постоянного тока до 440 В одно-, двух-, трех- и четырехполюсные на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями, которые обеспечивают отключение при перегрузках, КЗ, снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.

Автоматические выключатели изготавливают с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении. При номинальных токах 630 А контактная система одноступенчатая, т.е. контакты выполняют роль главных и дугогасительных. При отключении сначала размыкаются лавные контакты и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется.

Дугогасительные камеры выполняются со стальными пластинами и лабиринто-щелевыми. Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.

В современных выключателях применяют полупроводниковые расцепители, которые обеспечивают более высокую точность срабатывания по току и времени. Автоматические выключатели серии А3700 на токи 160-630 А и напряжение переменного тока до 630 В, постоянного до 440 В выпускаются в пластмассовом корпусе с изолирующими перегородками между полюсами.

Автоматические выключатель серии « Электрон» (Э) изготовляются для цепей переменного тока до 660 В и постоянного до 440 В на номинальные токи 1000-6300 А и токи отключения до 65-115 кА. Выключатели этой серии снабжены электродвигательным или электромагнитным приводом, который обеспечивает дистанционное включение.

Выключатели Э06 на ток до 1000 А имеют одноступенчатую контактную систему, состоящую из параллельно включаемой пары контактов.

Автоматические выключатели серии АВМ выпускают на номинальные токи до 2000 А и напряжения 500 В переменного и 440 В постоянного тока. Выключатель имеет две пары контактов на полюс – главные и дугогасительные. Гашение дуги происходит в камере со стальными пластинами.

Заводы-изготовители гарантируют термическую и электродинамическую стойкость автоматических выключателей с расцепителями максимального тока, проверенными по отключаемому току.

УЗО (устройство защитного отключения) - Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения - обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (уставкой). Например, значения уставок должны выбираться для сетей с глухозаземленной нейтралью - из ряда 0,002; 0,006; 0,01; 0,02; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5; 1,0 А. Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током. Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Пакетные выключатели и переключатели - Пакетные выключатели служат для включения и отключения электрических цепей постоянного и переменного тока до 100 А при напряжении 220 В и до 60 А — при напряжении 380 В. Пакетные выключатели и переключатели значительно компактнее рубильников. Пакетные выключатели монтируются с выводом на панель только рукоятки, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала.

Устройство пакетных выключателей - пакетный выключатель состоит из переключающего механизма и контактной группы; клеммы 2, 7 неподвижных контактов выступают из корпуса. Подвижные контакты 8 находятся внутри корпуса на втулке квадратного сечения, выполненной из изоляционного материала. Корпус набирается из изоляционных шайб, соединенных между собой стягивающими шпильками 4. Подвижные контакты поворачиваются рукояткой через пружинный механизм быстрого переключения 6.

При повороте рукоятки 5 вначале заводится пружина механизма быстрого переключения. Когда усилие, действующее от рукоятки на фигурную шайбу, возрастает до определенной величины, шайба очень быстро поворачивается на четверть оборота до следующего упора 3 в верхней крышке.

Упоры в крышке расположены под углом 90°. Втулка квадратного сечения, на которой укреплены подвижные контакты, соединена с фигурной шайбой. Одновременно с быстрым поворотом фигурной шайбы происходит поворот подвижных контактов 8. Последние укреплены в пластинах из фибры, которые выполняют роль направляющих и обеспечивают быстрое гашение возникающей дуги.

Фибра под воздействием высокой температуры выделяет большое количество газов. Давление их увеличивается, в результате чего происходит движение газов через щели пакета. Свежий, неионизированный воздух, поступающий внутрь выключателя, способствует быстрому гашению дуги.

Пакетные переключатели - кроме пакетных выключателей, широко применяются и пакетные переключатели. В пакетном переключателе только одно положение соответствует отключенному состоянию приемника, а три остальных - включенному различными способами.

На рисунке изображена схема включения трехскоростного двигателя М пакетным переключателем Q. Четырехпозиционный пакетный переключатель имеет шесть подвижных контактов. Одна позиция (0) соответствует отключенному состоянию двигателя. В статоре двигателя уложено две обмотки, одна из которых соединена в звезду, а другая может переключаться с соединения треугольником на двойную звезду.

Контактор. Контактор - это дистанционно управляемый коммутационный аппарат, позволяющий коммутировать мощные (в том числе индуктивные) нагрузки как переменного, так и постоянного тока.

Отличительной особенностью электромагнитных контакторов, по сравнению с близкими к ним электромагнитными реле является то, что контакторы разрывают электрическую цепь в нескольких точках одновременно, в то время как электромагнитные реле обычно разрывают цепь только в одной точке.

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы.

Электромагнитный контактор представляет собой электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего с помощью электромагнитного привода.

Контакторы бывают трех видов: постоянного тока, контакторы переменного тока и контакторы постоянно-переменного тока.

Контакторы предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока. Контакторы постоянного тока применяются для включения и отключения приемников электрической энергии в цепях постоянного тока; в электромагнитных приводах высоковольтных выключателей; в устройствах автоматического повторного включения. Контакторы постоянного тока выпускаются в основном на напряжение 22 и 440 В., токи до 630 А., однополюсные и двухполюсные.

Схема контактора постоянного тока

Контактор состоит из следующих основных узлов: главных контактов, дугогасительной системы, электромагнитной системы, вспомогательных контактов.Конструктивно контакторы состоят из электромагнитной системы, состоящей из сердечника (электромагнита , магнитопровода) (7), якоря (8), катушки (3) и крепежных деталей (1,2); системы главных контактов (4,5); дугогасительной системы (токоведущая связь (6).Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании главных контактов.Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую. Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле в подавляющем большинстве конструкций возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой. Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора . Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой. Электромагнитная система контактора может рассчитываться на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в этом случае осуществляется защелкой . Отключение контактора происходит после обесточивания катушки под действием отключающей пружины, или собственного веса подвижной системы, но чаще пружины. Вспомогательные контакты. Производят переключения в цепях управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они рассчитаны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в подавляющем большинстве случаев мостикового типа.

Принцип работы контактора: на катушку управления подается напряжение, якорь притягивается к сердечнику и контактная группа замыкается или размыкается в зависимости от исходного состояния каждого из контактов. При отключении происходят обратные действия.

Общепромышленные контакторы классифицируются:

- по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) - постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

- по числу главных полюсов - от 1 до 5;

- по номинальному току главной цепи - от 1,5 до 4800 А;

- по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

- по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

- по наличию вспомогательных контактов - с контактами, без контактов.

- Контакторы также различаются по роду присоединения проводников главной цепи и цепи управления, способу монтажа, виду присоединения внешних проводников и т.п.

- На сегодняшний день существует огромный выбор контакторов и пускателей всех типов для всех возможных видов электроустановок.

Контакторы КМ – модульные контакторы, применяемые в основном в системах управления и автоматизации жилых, офисных, промышленных и прочих помещениях для управления и коммутации осветительных, обогревательных и вентиляционных и прочих инженерных систем. Применяются в сетях с напряжением до 380В переменного тока частотой 50Гц. Главные достоинства контактора КМ – малошумная коммутация, высокая коммутационная мощность и долговечность, свободный от фона переменного тока магнитный привод.

Контакторы серии КМЭ – малогабаритные контакторы, предназначенные для дистанционного пуска, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в сетях переменного тока частотой 50/60Гц с напряжением до 660В (категория применения АС-3) и для дистанционного управления электрическими цепями в которых ток включения равен номинальному току нагрузки (категория АС-1).

Контакторы этой серии отличают: компактные размеры, широкий ассортимент исполнений и катушек управления, большой выбор дополнительных устройств и возможность реализации реверсивного варианта управления, простота в обслуживании и эффективность работы.

Контакторы серии КТЭ – также используются для использования в схемах управления трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в сетях с напряжением до 660В. Могут использоваться для включения и отключения таких систем как: нагревательных установок, освещения, насосных систем, печей, вентиляции и т.д. В ассортименте компании как одиночные нереверсивные контакторы, так и блочные реверсивные контакторы.

Контакторы КТ-6000 Применяются для включения и отключения приемников электрической энергии с номинальным напряжением до 660В переменного тока частотой 50Гц. Сфера применения – включение мощных электрических машин в аппаратуре автоматического включения резерва (АВР). Изготавливаются только в открытом исполнении с естественным воздушным охлаждением. Выпускаются в трехполюсном исполнении на номинальные токи от 100 до 630А, категория применения АС3.

Магнитный пускатель. Магнитный пускатель - это модифицированный контактор. В отличие от контактора, магнитный пускатель комплектуется дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя.

Пускатель электромагнитный (магнитный пускатель) — это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления для пуска и разгона электродвигателя до номинальной скорости, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электродвигателя и подключенных цепей от рабочих перегрузок.

Назначение. Магнитные пускатели предназначены для применения в стационарных установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при напряжении до 660В и номинальном токе частотой 50 и 60 Гц. При наличии тепловых реле пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузки недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Выбор контакторов и магнитных мускателей

Контакторы и пускатели должны выбираться по следующим основным техническим параметрам:

- по назначению и области применения;

- по категории применения;

- по величине механической и коммутационной износостойкости;

- по числу и исполнению главных и вспомогательных контактов;

- по роду тока и величинам номинального напряжения и тока главной цепи;

- по номинальному напряжению и потребляемой мощности включающих катушек;

- по режиму работы;

- по климатическому исполнению и категории размещения.

Устройство.Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя, плавкими предохранителями.

Помимо простого включения, в случае управления электродвигателем пускатель может выполнять функцию переключения направления вращения его ротора (т. н. реверсивная схема), путем изменения порядка следования фаз для чего в пускатель встраивается второй контактор.переключения обмоток трехфазного двигателя со «звезды» на «треугольник» производится для уменьшения пускового тока двигателя.Исполнение магнитных пускателей может быть открытым и защищенным (в корпусе); реверсивным и нереверсивным; с встроенной тепловой защитой электродвигателя от перегрузки и без нее.

Реверсивный магнитный пускатель представляет собой два трёхполюсных контактора, укреплённых на общем основании и сблокированных механической или электрической блокировкой, исключающей возможность одновременного включения контакторов.

Принцип работы. Принцип действия нереверсивного магнитного пускателя (рис. 1) заключается в следующем: при включении пускателя по катушке проходит электрический ток, сердечник намагничивается и притягивает якорь, при этом главные контакты замыкаются, по главной цепи протекает ток. При отключении пускателя катушка обесточивается, под действием возвратной пружины якорь возвращается в исходное положение, главные контакты размыкаются.

При отключении магнитного пускателя вследствие перебоев в электроснабжении размыкаются все его контакты, в том числе и вспомогательные.