Тема 3.4. Апаратура керування і захисту електроустановок
1. Апаратура керування і захисту електродвигунів.
2. Характеристика і вибір апаратів керування електроустановками.
3. Характеристика і вибір апаратів захисту електроустановок.
1.За допомогою апаратів керування здійснюють ручне або автоматичне вмикання, перемикання й вимикання електричних кіл, автоматичне керування електроприводами машин і механізмів. Окремі апарати керування призначені і для автоматичного захисту електроустановок при аварійних режимах роботи.
Електричні апарати, що застосовуються для комутації (замикання, розмикання і перемикання) електричних кіл та проведення струму, називають комутаційними апаратами. За призначенням вони поділяються на апарати керування, за допомогою яких здійснюється пуск, зупинка і зміна режиму роботи електродвигуна, та апарати захисту, які захищають його від струмів короткого замикання, перевантаження, роботи на двох фазах тощо.
Апарати керування і захисту класифікують за такими основними ознаками: родом струму - апарати змінного струму, апарати постійного струму та апарати, які можуть працювати в колах змінного і постійного струмів; напругою - апарати на напругу до 1000 В і апарати на напругу понад 1000 В; частотою змінного струму - апарати, розраховані на роботу в електромережі з номінальною частотою 50 і (або) 60 Гц та з іншими частотами; кількістю полюсів - однополюсні та багатополюсні; видом привода полюсів - з загальним приводом та з полюсним керуванням (кожний полюс має окремий привод); кількістю комутаційних положень - двопозиційні та багатопозиційні; захищеністю від впливу оточуючого середовища - з ступенями захисту ІР00, ІР32, ІР54 і т. д.; кліматичним виконанням і місцем розташування під час експлуатації - апарати призначені для експлуатації в мікрокліматичному районі з помірним У), помірним і холодним (УХЛ), тропічним (Т) і т. д. кліматом категорії розміщення 1, 2, 3, 4 або 5; конструктивним виконанням - контактні та безконтактні апарати.
Контактним комутаційним апаратом називають апарат, який здійснює комутацію електричних кіл шляхом переміщення його контакт-деталей одна відносно одної.
Контакт-деталі - це струмоведучі деталі апарата, за допомогою яких здійснюється комутація електричного кола. Контакт - деталь, яка жорстко або пружно зв'язана з рухомою частиною апарата, називається рухомим контактом, а контакт-деталь, зв'язана з нерухомою частиною апарата,— нерухомим контактом.
Залежно від того як стикаються робочі поверхні контакт-деталей, розрізняють точковий, лінійний або поверхневий контакт, а за формою контакт-деталей - плоский, циліндричний, конічний, сферичний, прямокутний, квадратний або круглий.
Рис 3.7 Класифікація апаратів керування і захисту
Безконтактний комутаційний апарат — це апарат, який здійснює комутацію електричних кіл без переміщення і руйнування його деталей. Безконтактні комутаційні апарати, порівняно з контактними, мають більшу довговічність і надійність, допускають більшу частоту вмикання і вимикання, на них менше діє агресивне середовище тощо. Тому в сучасних електроустановках їх застосовують дуже часто.
2. Рубильники призначені для ручної комутації електричних кіл номінальною напругою до 660 В змінного і до 440 В постійного струму. Перевага рубильників над іншими апаратами в тому, що вони дешеві і створюють видимий розрив електричного кола.
Вибір рубильників здійснюється за номінальною напругою, номінальним струмом, допустимим комутованим струмом, конструктивним виконанням і ступенем захисту.
Пакетні вимикачі і перемикачі серії ПВ і ПП призначені для нечастих (до 30 за годину) комутацій електричних кіл напругою до 220 В постійного струму або до 380 В змінного струму. Апарати використовуються як ввідні в низьковольтних комплектних пристроях, як комутуючі в колах автоматики та для керування асинхронними електродвигунами. Номінальний струм пакетних вимикачів і перемикачів залежить від їх габаритів і напруги електричних кіл, які вони комутують.
Пакетно-кулачкові вимикачі і перемикачі типів ПКВ, ПКП, ПКУ, ПВП та інші мають більш досконалу конструкцію, завдяки чому їх стійкість проти електричного спрацювання досягає 200-400 тис циклів вмикання-вимикання, а стійкість проти механічного спрацювання - від 1 до 6 млн циклів. їх застосовують як комутаційні апарати в електроустановках змінного струму напругою до 380 В, для перемикання кіл керування та автоматики, а також для керування асинхронними електродвигунами з короткозамкненим ротором.
Ручні пускачі типу ПНВ (пускач натискний вібростійкий) призначені для ручного керування трифазними, а пускачі ПНВС - однофазними асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором малої потужності при напрузі до 500 В змінного струму частотою 50 Гц.
Командоапарати призначені для комутації електричних кіл керування, сигналізації і вимірювання. До них належать кнопки і кнопкові пости, універсальні перемикачі, пакетно-кулачкові перемикачі, командоконтролери, шляхові вимикачі і перемикачі.
Кнопки керування та кнопкові пости призначені для комутації електричних кіл керування з напругою змінного струму до 500 В і постійного струму до 220 В. їх використовують для ручного дистанційного керування електромагнітними апаратами - реле, контакторами, електромагнітними пускачами тощо. Найпоширенішими є кнопки серії КЕ, КМЕ і кнопкові пости серії ПКЕ.
Універсальні перемикачі серії УП5000 призначені для комутації кіл керування напругою до 500 В змінного струму частотою 50 Гц і до 220 В постійного струму. Перемикачі використовуються для перемикання багатьох електричних кіл за складними схемами комутації. Допустимий тривалий струм навантаження замкнених контактів становить 16 А.
Командоконтролери призначені для перемикання кіл керування у складних схемах автоматизованого електропривода при великій частоті комутацій і суворому чергуванні операцій. Привод командоконтролерів ручний, ніжний або від електродвигуна. В останньому випадку їх називають програмними реле.
Шляхові вимикачі і перемикачі призначені для перемикання в колах керування залежно від просторового положення робочого органу машини або керованого чи захищуваного механізму. Якщо такі апарати використовуються для перемикання електричних кіл при крайніх положеннях контрольованих механізмів, то їх називають кінцевими вимикачами.
Електромагнітним пускачем називається комутаційний апарат, призначений для вмикання і вимикання трифазних асинхронних електродвигунів при напрузі до 660 В змінного струму частотою 50,60 Гц. Пускачі виготовляються на номінальні струми головних контактів від 6,3 до 200 А.
Головним апаратом пускача є електромагнітний контактор. Пускач, призначений для нереверсивного керування двигуном, має один контактор, для реверсивного - два, а для пуску двигуна з перемиканням обмоток статора із зірки на трикутник - три.
3. Електроприводи повинні бути надійно захищені від анормальних і аварійних режимів роботи. Електродвигуни змінного струму повинні мати захист від однофазних і багатофазних коротких замикань, струмів перевантаження, роботи на двох фазах та мінімальної напруги. Синхронні двигуни, крім того, повинні бути захищені від асинхронного режиму.
Плавкі запобіжники призначені для захисту електроустановок від струмів короткого замикання і перевантажень. Завдяки простоті конструкції та обслуговування, малим розмірам, здатності вимикати великі струми і невисокій вартості плавкі запобіжники мають дуже широке застосування. Запобіжники виготовляють на струми від міліампер до тисяч ампер і на напруги від кількох десятків вольт до сотень кіловольт. Цим обумовлюється і велика різноманітність їх конструкцій.
Електротеплові реле застосовуються для захисту електродвигунів від перевантажень. Принцип дії реле полягає в деформації біметалевого елемента при нагріванні його струмом навантаження двигуна. Деформація елемента передається на механізм розчеплення, який залежно від конструкції реле розмикає або перемикає контакт.
Автоматичні вимикачі (автомати) призначені для автоматичного вимикання електричних кіл при анормальних і аварійних режимах: коротких замиканнях, перевантаженнях, надмірному зниженні напруги і т.д., а також для нечастих вмикань і вимикань вручну номінальних струмів навантаження.