Розділ 5 Автоматизація технологічних процесів гмс Автоматизація головних водозабірних вузлів. Автоматизація насосних станцій. Автоматизація водорозподілу.

У сільськогосподарському виробництві насосні пристрої застосовуються у системах водопостачання, зрошування та каналізації.

Системи водопостачання призначені для добування, очищення та розподілу води для технічних і господарських потреб. Автоматичні системи керування насосними станціями систем водопостачання призначені для автоматичного запуску і зупинки насосів за певною програмою, автоматичного регулювання подачею насосів, вмикання резервного насоса, захисту електродвигунів, сигналізації нормальної роботи та аварійних зупинок, вимірювання тиску та рівня води, сили струму, який споживає електродвигун та напруги. Затрати ручної праці на подачу води у тваринницькі ферми становлять 30% від усіх робіт, а застосування автоматизованого електропривода збільшує продуктивність праці на цих операціях у 18-20 разів.

До сільськогосподарських споживачів воду в основному подають через водонапірний котел чи водонапірний бак, за допомогою відцентрових насосів, які приводяться в рух асинхронними електродвигунами. Безпосередньо від насоса у розподільчу мережу воду подають у відкритих зрошувальних системах із приводом від асинхронних чи синхронних двигунів. Для забирання води з відкритих водоймищ, а також із шахтних криниць і свердловин із динамічним рівнем води у них не глибше 5-7 м від поверхні землі, переважно застосовують відцентрові насоси типів К, КМ і ЦВ та вихрові насоси типів В, ВК і ВКС. З глибинних шахтних криниць та свердловин воду піднімають за допомогою водострумних пристроїв ВН та заглибних електронасосів типів ЭЦВ, ЭПН, ЭПЛ, АП, АПВ і АПВМ.

Для того, щоб вибрати тип і потужність електронасосного пристрою та їх кількість, необхідно, виходячи з місцевих умов, вибрати схему водопостачання. При виборі насоса виходять із його необхідної подачі Q_Н та напору Н, який він повинен створювати. Подачу насоса знаходять із співвідношення:

,

де - коефіцієнт нерівномірності погодинної витрати (для поселень =1,5; для ферми з автонапувалками =2...3, для ферми без автонапувалок =4...5); - коефіцієнт нерівномірності добової витрати ( =1,1.. .1,3); - ККД пристрою, який враховує втрати води ( = 0,9);

- середньодобова витрата води, (л/доб.) ;

- норма води на одного споживача (корова, свиня, птах, технологічний процес, автомобіль), л/доб;

- число споживачів даного виду.

При розрахунку водопостачання, зокрема, враховують пожежну витрату води (2,5-10 л/с) залежно від розмірів господарства чи населеного пункту, тривалість пожару приймають рівною 2-3 год. Цю витрату зобов'язані забезпечити насосний агрегат та водопровідна мережа або на нього повинна бути розрахована запасна ємність. Напір насоса вибирають таким чином, щоб він міг подавати воду при необхідному тиску у заданому місці.

Необхідний напір насоса Н визначають із залежності:

Н = Н_В + Н_Н + Н_Т + Н₁, [м],

де Н_В - висота всмоктування;

Н_Н - найбільша висота водоспоживачів;

Н_Т - напір втрат у трубопроводах;

Н₁ - напір, який необхідний для створення певної швидкості витікання води (вільний напір).

Знаючи потрібні витрати та напір, за каталогом вибирають насос з урахуванням можливої частоти обертання привідного електродвигуна. За універсальною характеристикою вибраного насоса уточняють його подачу Q_Н, напір Н і визначають коефіцієнт корисної дії.

Потужність двигуна для приводу насоса:

,

де - питома вага рідини, що перекачується, Н/м³; - ККД передачі (при прямому з'єднані валів =1, для клинопасової передачі =0,98, для зубчатої =0,97, для плоскопасової =0,95);

- ККД насосів (поршневих =0,7...0,9, відцентрових =0,4...0,8, вихрових =0,25... 0,5); - коефіцієнт запасу, що вибирається з табл. 1.

Таблиця 1

Коефіцієнти запасу

Р, кВт	≤1	2	3	4	5	8	≥10
	1,7…2	1,5	1,33	1,25	1,2	1,12	1,05…1

Для відцентрових насосів особливо важливо правильно вибрати кутову швидкість, оскільки його продуктивність, пропорційна кутовій швидкості, напір і момент квадрату кутової швидкості, а потужність її кубу:

Тип електродвигуна вибирають, виходячи з умов навколишнього середовища та особливостей монтажу. Наприклад, для приводу заглибних насосів типу ЭЦВ застосовують спеціальні двигуни типу ПЭДВ потужністю 0,7-65 кВт, які мають видовжену форму корпусу і розраховані на роботу у свердловинах діаметром від 100 до 250 мм при подачі на висоту до 350 м. Підшипникова пара заглибних двигунів являє собою пару ковзання: сталь - гума, сталь - текстоліт чи сталь - пластик. Маса ротора сприймається підп'ятником, який складається зі сталевої п'яти, насадженої на кінець вала ротора та гумового чи текстолітового кільця, яке запресовується у розточку підшипникового щита. Підшипники змащуються водою. Перед вмиканням заглибного електродвигуна в його внутрішню порожнину необхідно обов'язково залити чисту воду. Обмотка статора двигуна виконується проводом із поліхлорвініловою вологостійкою ізоляцією. Заглибні електронасоси залежно від рівня залягання водоносного шару експлуатують на глибинах 40-230 м. Термін служби заглибних електродвигунів до капітального ремонту відносно невеликий - 1...1,5 року.

Для приводу незаглибних відцентрових насосів типу К та КМ та вихрових насосів використовують асинхронні короткозамкнуті двигуни сільськогосподарського виконання або двигуни з фазним ротором із вологостійкою ізоляцією потужністю 1,5...55 кВт.

Механічна характеристика відцентрового насоса має вентиляторний вигляд і описується формулою:

,

де - момент опору при кутовій швидкості, ; - момент опору при номінальній кутовій швидкості, ; - момент опору від сил тертя у рухомих частинах машини для відцентрового насоса =0,05 ; х - показник степеня, для відцентрового насоса х = 2.

Відцентровий насос можна запускати як при відкритій, так і при закритій засувці на напірному трубопроводі.

Подачу насосних пристроїв можна регулювати шляхом включення і відключення одного або декількох двигунів (у випадку застосування декількох електронасосів), зміною частоти їх обертання та дроселюванням засувкою.

Двохпозиційне релейне регулювання застосовується у більшості автоматичних пристроїв. У цьому випадку двигун працює в області номінальних навантажень із достатньо високими техніко-економічними показниками. Недоліки даного способу полягають у тому, що двигун частину часу не працює, а отже, коефіцієнт використання його встановленої потужності менший одиниці та пропорційний відносній тривалості включення. Окрім того, при збільшенні частоти включень двигуна за годину (нормальне допустиме число включень за годину рівне 6) його нагрівання може перевищити допустиме, тому привід повинен перевірятись на допустиму частоту включень.

Регулювання при дроселюванні засувкою призводить до непро­дуктивних затрат потужності електродвигуна на переборення додатко­вого опору у прикритій засувці і застосовується на напірній магістралі в пристроях із синхронними двигунами потужністю у декілька кіловат при невеликому діапазоні та плавності регулювання, коли застосування інших методів призводить до значного зростання капітальних затрат і не дає істотної економії за рахунок зниження втрат.

Регулювання подачі електронасоса шляхом зміни частоти обертів є одним із найбільш раціональних способів. Частоту обертів асинхронного двигуна можна регулювати шляхом зміни напруги, що підводиться до двигуна, переключенням числа пар полюсів, зміни опору у колі ротора чи частоти струму живлення, а також, за допомогою електромагнітної муфти чи клинопасової передачі з варіатором.

При надійному електропостачанні і невеликих погодинних витратах (1,6...36 м³/год) на фермах можуть застосовуватись насосні пристрої з повітряно-водяним котлом, заглибним, лопатним чи вихровим насосом і станцією керування типу ВУ (див. мал. 10.1).

Насосний пристрій типу ВУ працює таким чином: вода, яка подається насосом 1, йде до споживачів, а її надлишок - у повітряно-водяний котел 2, де вода піднімається й стискає повітря, яке знаходиться у котлі. Коли тиск води у котлі досягає певного значення, реле тиску 6 своїми контактами SР відключає електронасосний агрегат і подача води зупиняється. Після чого вода до споживачів подається під тиском повітря у котлі. Поверненню води назад до водоймища через насос протидіє зворотній клапан.

Рис. 1 - Технологічна (а) та електрична (б) схеми насосного пристрою із повітряно-водяним котлом і станцією керування ВУ: 1 - насосний агрегат; 2 - повітряно-водяний котел; 3 - камера змішування регулятора; 4 - повітряний клапан; 5 - жиклер; 6 - реле тиску; 7 - станція керування; 8 - запобіжний клапан

У міру витрати води тиск у котлі понижується і коли він досягає встановленого мінімального значення, реле тиску включає насосний агрегат. Звичайно, відношення мінімального тиску (вмикання) до максимального (вимикання) складає 0,65...0,75 для пристроїв невеликої подачі і 0,8...0,85 для пристроїв із великою подачею. Повітряна подушка котла пом'якшує гідравлічні удари, які виникають при перехідних режимах роботи електронасосного пристрою.

У повітряно-водяних котлах повітря безпосередньо контактує з водою, в результаті чого частина його розчиняється й виноситься водою, що зменшує об'єм повітряної подушки. Це може призвести до порушення нормальної роботи пристрою і більш частих включень агрегату. Для автоматичного підтримування необхідного об'єму повітряної подушки застосовується розподільна діафрагма або струменевий регулятор, за допомогою якого повітряна подушка поповнюється повітрям.

У повітряно-водяних котлах запас води порівняно невеликий, тому при великих погодинних витратах води, зростає частота вмикання насосного агрегату, що може призвести до перегрівання електродвигуна й виходу його з ладу. Збільшення об'єму котла істотно підвищує його вартість, тому при великих годинних витратах води використовують баштові насосні пристрої з водонапірними баками.

Автоматичні системи керування баштових насосних пристроїв повинні виконувати такі функції:

- автоматичне вмикання електродвигуна при випорожненні водонапірного бака нижче встановленого рівня й вимикання електродвигуна при заповненні водонапірного бака вище верхнього встановленого рівня та при зниженні рівня води у свердловині (захист від сухого ходу);

- ручне керування водонаносного пристрою;

- вимикання електродвигуна при коротких замиканнях, перевантаженнях, обриві фази, значному зниженні напруги;

- сигналізацію про роботу системи керування та про завантаження двигуна.

Контроль за рівнем води у водонапірному баку може здійснюватись за допомогою поплавкових чи електродних датчиків рівня та електроконтактних манометрів. Поплавкові датчики рівня мають низьку надійність роботи внаслідок наявності рухомих механічних частин.

Електродні датчики рівня (рис. 2) використовують провідність води для проходження електричного струму і надійно працюють при позитивних температурах, а при морозі відмовляють у роботі, оскільки електроди покриваються кригою, яка має низьку провідність і швидко окислюються. Для запобігання замерзанню електродних датчиків рівня (як правило, датчика верхнього рівня) використовують нагрівальний опір НО потужністю 80...100 Вт, який включається на зимовий період від руки. Оскільки для електричного зв'язку датчиків рівня, які розміщені у баку і станції керування, необхідні з'єднувальні проводи значної протяжності, то у нових станціях керування насосними пристроями для контролю за рівнем води у водонапірних баках використовуються електроконтактні манометри, які встановлюються у приміщенні насосної станції і можуть реєструвати перепад статичного тиску стовпа рідини у системі водопостачання при зміні рівня води на 1...2 м.

Заглибні насоси, як правило, поставляють разом із станціями керування та релейно-контактними елементами ПЭТ або напівпровідниковими пристроями (логічними елементами, мікросхемами) типу ШЭП та «Каскад», які відрізняються також за потужністю керованого двигуна і виготовляються двох габаритів для двигунів потужністю 10...12 кВт і 16...65 кВт. Перші дві станції зняті з виробництва, але у господарствах ще використовуються.

Розглянемо прості схеми автоматичного керування насосних пристроїв, які розповсюджені у сільському господарстві і за допомогою яких можна вияснити принцип роботи типових станцій типу ШЭП, «Каскад» та інших. Електричну схему автоматизованого керування заглибних насосів за допомогою електродних датчиків рівнів у водонапірному баку й електродного датчика сухого ходу у свердловині приведено на рис. 3.

Рис. 2 - Електродні датчики рівня: а) - трубчатий датчик; б) - стержневий датчик; ЕЗ - загальний електрод з'єднаний із нульовим проводом мережі; ЕВР - електрод верхнього рівня; ЕНР - електрод нижнього рівня; НО - нагрівальний опір

За нормальних умов роботи заглибний насос знаходиться у воді й контакти (електроди) датчика сухого ходу SL3 замкнуті, реле КV2 ввімкнено, його замикаючі контакти КV2.1 у колі котушки магнітного пускача КМ замкнуті, горить сигнальна лампочка HL4, яка сигналізує про наявність води у свердловині (у зоні насоса). Режим роботи схеми задається перемикачем SА1. При переключенні його у положення А (автоматичне керування) і вмиканні автоматичного вимикання QF, на схему керування подається напруга. Якщо рівень води у напірному баку знаходиться нижче електрода нижнього рівня датчика, то контакти (електроди) SL1 і SL2 - розімкнуті, реле КV1 знеструмлене і його контакти КV1 у колі котушки магнітного пускача КМ замкнуті. У цьому випадку магнітний пускач спрацьовує й включає електродвигун насоса, одночасно гасне сигнальна лампочка HL1 і загоряється лампочка HL2. Насос подаватиме воду до напірного бака й рівень води у ньому підніматиметься. Коли вода заповнить проміжок між електродом нижнього рівня і корпусом датчика, який під'єднаний до заземленого нульового проводу, контакти SL2 замкнуться, але реле КV1 не спрацює, оскільки його контакти КV1.2, які включені послідовно з контактами SL2, розімкнуті. Коли вода досягне електрода верхнього датчика рівня, контакти SL1 замкнуться, реле КV1 спрацює й розімкне свої контакти КV1.1 у колі магнітного пускача КМ і вимкне останній, а також замкне замикаючі контакти КМ.2, магнітний пускач КМ відключить своїми головними контактами електродвигун, а допоміжними контактами вимкне сигнальну лампочку HL2 і ввімкне лампочку HL1. Повторне вмикання електродвигуна насоса відбудеться при зниженні рівня води до положення, коли розімкнуться контакти (електроди) SL2 і реле КV1 знеструмиться.

Рис. 3 - Електрична схема автоматизації заглибного насоса за рівнем води у водонапірній вежі

Реле КV1 живиться постійним струмом, оскільки обмотка реле змінного струму може перегоріти при повільному заповненні водою верхнього датчика рівня і повільному зменшенні опору води та зростанні струму до величини струму спрацювання, який при розімкнутому магнітопроводі у декілька разів більший від номінального струму. Опір R2 вибирають таким, щоб при напрузі мережі 220 В на обмотці реле КV1 була напруга 24 В постійного струму.

У випадку аварійного зниження рівня води у свердловині (у зоні заглибного насоса) нижче допустимого положення розімкнуться контакти (електроди) датчика сухого ходу SL3, реле КV2 знеструмиться й розімкне контакти КV2.1 у колі котушки магнітного пускача КМ, який вимкне електродвигун заглибного насоса. Лампочка HL4 погасне, а HL5 загориться, сигналізуючи про аварійне зниження рівня води у свердловині.

Для захисту електродвигуна заглибного насоса від перевантажень, замість теплових реле може використовуватись пристрій ФУЗ-М, який більш надійно захищає двигун заглибного насоса як від перевантажень так і від неповно фазних режимів роботи.

На рис.4 приведена електрична схема автоматизованого керування заглибним насосом з водонапірним баком за допомогою електроконтактного манометра. При наявності води у свердловині у зоні заглибного насоса, контакти (електроди) датчика сухого ходу SL будуть замкнутими, а реле КV2 триматиме замкнутими свої контакти КV2.1 у колі котушки магнітного пускача КМ. В автоматичному режимі при вимкненому насосі рівень води у баку знижується, коли вона витрачається,а отже, зменшується тиск водяного стовпа, рухомий стрілковий контакт манометра SР буде рухатись до нерухомого контакту 1, положення якого встановлюється відповідно до тиску, який створює водяний стовп при нижньому рівні води у баку. При замиканні цих контактів струм поступає на магнітний пускач КМ, який вмикає електродвигун заглибного насоса і своїми замикаючими контактами КМ.2 шунтує контакти 1 та SР.

При вмиканні електронасосного агрегату у напірному трубопроводі виникає короткочасне підвищення тиску у момент трогання насоса. У цьому випадку рухомий контакт манометра SР може торкнутись контакту 2 і реле КV1 може короткочасно розімкнути свої контакти у колі котушки пускача КМ, але пускач не вимикається, оскільки його живлення здійснюватиметься через контакти реле часу КТ. Після роз гону електронасосного агрегату й стабілізації тиску, реле часу розімкне свої контакти КТ. При підніманні рівня води у напірному баку тиск водяного стовпа зростатиме і рухомий стрілковий контакт манометра SР рухатиметься до нерухомого контакту 2, положення якого встановлюється відповідно до тиску, який створює водяний стовп при верхньому рівні води у баку. При замиканні цих контактів, струм надійде до реле КV1, яке розімкне свої контакти КV1.1. і вимкне магнітний пускач КМ, який, у свою чергу, вимкне електродвигун насоса. При витраті води, її рівень у напірному баку знову знижуватиметься, тиск зменшиться і контакт SР знову доторкнеться до контакту 1. Робота схеми повториться.

Рис. 4 - Електрична схема автоматизації заглибного насоса за тиском водяного стовпа водонапірної вежі

Для гасіння короткочасних зростань тиску, які діють на електроконтактний манометр у моменти трогання насоса, на відгалуженні до манометра встановлюють дроселі з малими отворами або регульовані вентилі. У таких випадках реле часу у схемі на рис. 4 не потрібне.

Станції керування ШЭП відрізняються від попередніх тим, що всі кола керування виконані на безконтактних логічних елементах, змонтованих у блок БЛ-4М. Силові кола залишені такими ж, до них входить автоматичний вимикач та електромагнітний пускач. Безконтактні апарати керування мають більшу надійність порівняно з релейно-контактними. Середній строк служби логічних елементів 40 тис. годин при набагато вищій швидкодії (можуть працювати з частотою до 10 кГц) і захищеності від дії навколишнього середовища. Окрім того безконтактні пристрої не потребують регулювань і наладки. Станції керування ШЭП виконують ті ж функції, що і попередні схеми керування, окрім того дозволяють автоматичне керування електронасосом у режимі дренажу, залежно від рівня води у свердловині за допомогою встановлених у ній датчиків рівня. Окрім того, захист двигуна від перевантажень та обриву фази виконаний на логічних елементах із контролем струму навантаження має вищу надійність і швидкодію. Ця станція також знята з виробництва, але у господарствах ще використовується.

Найпоширенішими у даний час є станції керування «Каскад», які комплектуються скриньками керування, ЯНН5110 або ЯН 5100 і випускаються у двох виконаннях: для керування двигунами потужністю до 12кВт та двигунами потужністю від 16 до 65 кВт. Залежно від типу скриньки керування станція «Каскад» може виконувати такі функції:

- автоматичний запуск і зупинку електронасоса залежно від рівня води у режимі водопіднімання та дренажу;

- автоматичний запуск електронасоса в режимі водопіднімання залежно від тиску водяного стовпа у башті, та його автоматичну зупинку через заданий оператором проміжок часу (до 90 хв);

- селективний автоматичний запуск насосів із регульованою витримкою часу;

- місцевий (від руки) та телемеханічний запуск і зупинку двигуна;

- вимикання електронасоса при зниженні рівня води у свердловині (захист від сухого ходу) та при перевантажені;

- неможливість повторного автоматичного запуску після спрацювання будь-якого захисту;

- світлову сигналізацію з розшифровкою причини аварійної зупинки;

- контроль завантаження двигуна струмом.

Усі функції автоматичного керування, сигналізації та захисту двигуна від аварійних режимів (окрім коротких замикань) виконує блок керування типу БОН-9200, виконаний на напівпровідникових елементах.

Розділ 7. Апаратура керування та захисту електрообладнання

Апарати ручного керування. Апарати керування та захисту ставляться до комутаційних пристроїв, які діляться на апарати керування силовими ланцюгами і апарати для ланцюгів керування. Вони різняться силою струму, що комутується. Крім того, усі електричні апарати підрозділяються на апарати ручного і дистанційного керування.

До апаратів ручного керування відносяться силові комутаційні апарати: рубильники, пакетні вимикачі і перемикачі, кулачкові контролери, автоматичні вимикачі, а також малопотужні пристрої — кнопки і ключі керування.

Рубильник являє собою найпростіший комутаційний апарат, призначений для нечастого замикання та розмикання силових ланцюгів постійного і змінного струму напругою до 600 В. В установках напругою вище 1000 В подібні пристрої називаються роз'єднувачами і призначаються для комутації високовольтних ланцюгів без навантаження (для відключення холостого ходу високовольтних ліній і трансформаторів). Рубильники призначені для комутації електричних кіл, уже захищених від надструмів іншими комутаційними апаратами.

Роз'єднувачі і рубильники використовуються для створення видимого розриву, який відокремлює виведене в ремонт устаткування від струмоведучих частин, що перебувають під напругою. Таким чином, рубильники призначені для безпечного проведення електротехнічних робіт.

Рубильники можуть бути одне-, двох- і триполюсними. Рубильники з бічною рукояткою (РБ), з важільним приводом бічним (РПБ) і із центральним (РПЦ) призначені для комутації електричних кіл під навантаженням у межах 50... 100 % від номінального струму.

Перша цифра після літерного позначення визначає кількість полюсів (1, 2, 3), друга — номінальний струм рубильника: 1 (100 А), 2 (250 А), 4 (400 А), 6 (600 А). Наприклад, РПЦ22 означає: рубильник із центральним важільним приводом, двополюсний, номінальний струм 250 А.

Рубильники бувають відкритого й закритого виконання.

Рубильник відкритого виконання (мал. 2.1) являє собою електричний комутаційний апарат з ручним керуванням, призначений для включення, відключення та перемикання електричних кіл або під навантаженням ( при напрузі до 220 В на постійному струмі і до 380 В на змінному), або при відсутності струму. Відкриті рубильники випускаються на різну силу струму (наприклад ВР3231 — на 100 А, ВР3235 — на 250, ВР3237 — на 400, ВР3239 — на 630 А). Вони відрізняються характерною формою рухливих контактів (ножевидные або «, що рубають»).

Рубильник закритого виконання (мал. 2.2) являє собою електричний комутаційний апарат з ручним керуванням, призначений для включення, відключення та перемикання електричних кіл або під навантаженням ( при напрузі до 220 В на постійному струмі та до 380 В на змінному), або при Відсутності струму.

Рис. 2.1 Рубильник відкритого Рис. 2.2. Рубильник закритого

виконання виконання типу ВА6000

Пакетні вимикачі й перемикачі застосовують як комутаційні апарати в електроустановках постійного струму напругою до 220 В і змінного струму напругою до 380 В. Позначення пакетного вимикача, наприклад ПВМЗ-100, розшифровується в такий спосіб: П — пакетний; В — вимикач; М — малогабаритний; 3 — триполюсний, 100 — номінальний струм 100 А. Для включення, відключення й реверсування ПЕКЛО використовують пакетно-кулачкові перемикачі (ПКП) і вимикачі (ПВ або ПКВ) на номінальні струми 10, 25, 63, 100 і 160 А. На мал. 2.3 показаний загальний вид пакетного вимикача типу ПВ2.

Рис. 2.3. Пакетний вимикач типу ПВ2

Рубильники й перемикачі вибирають по номінальній напрузі, номінальному струмі, числі полюсів, конструктивному й кліматичному виконанню.

Кулачкові контролери — це багатопозиційні та багатоціпні апарати ручного керування, призначені для зміни схем з'єднань силових ланцюгів електродвигунів напругою до 500 В або для зміни опору включених у ці ланцюги резисторів. Розмикання та замикання контактів проводиться змонтованими на барабані кулачками, які забезпечують потрібну послідовність комутації електричних кіл.

Автоматичні вимикачі застосовуються для нечастих ручних включень і відключень електроприймачів, а також для автоматичного відключення ланцюгів при перевантаженнях і коротких замиканнях. В електроустановках застосовують автоматичні вимикачі серій А, АВ, АЕ, АП, ВА.

Автоматичні вимикачі (мал. 2.4) вибирають по номінальній напрузі, номінальному струмі, граничному струмі, що відключається, струмам спрацьовування теплового і електромагнітного розчіплювача, по конструктивному виконанню і категорії розміщення.

Рис. 2.4. Автоматичний вимикач серії ВА

Умовна позначка найпоширеніших вимикачів серії ВА61 має наступну структуру:

ВА 61-Х 29 Х₁ Х₂ Х₃ Х₄ Х₅ Х₆ Х₇ Х₈ Х₉,

де ВА61 — серія автоматичних вимикачів; X — наявність електромагнітного або комбінованого розчіплювача (якщо буква Г, то комбінований розчіплювач, якщо Н - електромагнітний); 29 — номінальний струм автомата (29 відповідає силі струму 63 А); X₁ — кількість полюсів вимикача (1, 2, 3 або 4); Х₂ — розчіплювач (Z, L або ДО); Х₃, Х₄ — номінальний струм розчіплювача ( від 0,5 до 63 А); Х₅ — наявність нейтрального полюса ЫА; Х₆ — наявність незалежного розчіплювача РН; Х7 -рід струму («~» — змінний, «=» — постійний); Х₈, Х₉ — номінальна напруга незалежного розчіплювача (24, 110 або 220 В постійного струму; 24, 127, 220 або 380 В змінного струму частотою 50 Гц).

Основні технічні характеристики автоматичних вимикачів серії ВА61Р2

Номінальна напруга, В:

змінного струму........................................................220/380

постійного струму............................60 (однополюсний автомат),

110 (двополюсний автомат)

Номінальний струм головних контактів, А................................63

Номінальний струм розчіплювачів, А.........0,5; 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5;

3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,2

Гранична здатність, що відключає, кА:

у діапазоні струмів 0,5...8 А...................................................1,5

у діапазоні струмів 10...63 А..................................................3,0

Температура навколишнього середовища при експлуатації, °С____+40...-60

Монтуються автоматичні вимикачі ВА61Г29 на спеціальних рейках типу КП. Число модулів, монтуємих на рейках КП, позначається цифрами через дефіс. Наприклад, для монтажу одного модуля потрібна рейка КП-1-1, чотирьох модулів — типу КП-1-4 і т.д.

Рис. 2.5. Розгорнута схема автоматичного вимикача ВА61Г29 з незалежним розчіплювачем

Схема автоматичного вимикача ВА61F29 з незалежним розчіплювачем представлена на мал. 2.5. Там же зображена схема включення незалежного розчіплювача за допомогою кнопки БВ дистанційного відключення. Кнопка може бути замінена контактом реле захисту електродвигуна в аварійних станах або контактом проміжного реле.

Апарати дистанційного керування

Електричні апарати дистанційного керування є двопозиційними комутаційними апаратами із самоповерненням, перемикання контактів яких відбувається при проходженні струму по котушці керування. До них ставляться контактори, електромагнітні пускачі та різні реле.

Контактор являє собою апарат з електромагнітним приводом, призначений для частих ( до 1500 у годину) комутацій силових ланцюгів електродвигунів.

Контактори постійного струму виготовляються з одним і двома полюсами на струми головних контактів силою 4...2500 А. Контактори змінного струму випускаються на струми силою 63... 1000 А і містять від двох до п'яти головних контактів. Котушки виконуються на напругу від 36 до 600 В. Крім головних контактів, призначених для комутації силових ланцюгів, контактори містять додаткові малопотужні контакти, призначені для виконання перемикань у ланцюгах керування, блокування і сигналізації.

Електромагнітні пускачі (мал. 2.6, 2.7) призначені для дистанційного керування АД. Вони сполучають функції апарата керування та захисту. У комплекті з тепловими реле пускачі виконують захист електродвигунів від перевантаження. При зникненні напруги або при його зниженні на 40...60 % від номінального силові контакти розмикаються (здійснюється нульовий захист). Нереверсивний електромагнітний пускач складається з одного триполюсного контактора та трьохелементного теплового реле, реверсивний — із двох контакторів і теплового реле. Реверсивні пускачі мають механічне блокування для запобігання одночасного включення двох контакторів.

Рис. 2.6. Магнітний Рис. 2.7. Магнітний пускач

пускач серії ПМ12 типу ПМА з тепловим реле

Умовна позначка магнітних пускачів серії ПМ12 має наступну структуру:

ПМ 12-Х₁Х₂Х₃ Х₄ Х₅ Х₆ Х₇ Х₈ Х₉

де Х₁Х₂Х₃ — шифр номінального струму (010 — на струм 10 А, 025 — на струм 25 А, 040 — на струм 40 А, 063 — на струм 63 А); Х₄ — виконання пускачів по наявності теплового реле і реверсу (1 — без теплового реле, нереверсивні; 5 — без теплового реле, реверсивні з механічним блокуванням зі ступенем захисту ІР00; з електричної й механічної блокуваннями зі ступенем захисту ІР40, ІР54; 6 — з тепловими реле, реверсивні з електричної й механічної блокуваннями); Х₅ — виконання пускачів по ступеню захисту, наявності кнопок і сигнальних ламп (0 — ступінь захисту ІР00; 1 — ІР54 без кнопок; 2 — ІР54 із кнопками «Пуск», «Стоп»; 3 — ІР54 із кнопками «Пуск», «Стоп» і сигнальною лампою; 4 — ІР40 без кнопок; 5 — ІР20 без кнопок; 6 — ІР40 із кнопками; 7 — ІР40 із кнопками й сигнальною лампою); Х₆ — число й виконання контактів допоміжному ланцюга (0 — один замикаючий контакт; 1 — один розмикальний контакт); Х₇ — кліматичне виконання (УЗ, УХЛ4, В2, Т2, ТЗ); Х₈ — категорія розміщення (4 — для ІР00, ІР20; 3 — для ІР40; 2 — для ІР54); Х₉ — виконання по зносостійкості: А, Б, В (А — найбільша).

Приведемо приклад умовної позначки для пускача на струм 10 А, зносостійкості В, нереверсивного, без теплового реле, ступінь захисту 1Р20, з котушкою на напругу мережі 220 В частотою 50 Гц, із двома замикаючими й двома розмикальними контактами допоміжного ланцюга: ПМ12-010150УХЛ4В, 220 В, 50 Гц, 2з + 2р.

Електромагнітні пускачі й контактори вибирають по номінальній напрузі, номінальному струмі, напрузі котушки, що втягує, і конструктивному виконанню.

Електромагнітні реле постійного та змінного струму застосовуються в схемах керування як проміжних елементів для комутації слабкострумових ланцюгів містять кілька груп контактів. Реле постійного струму мають кращі параметри, чим реле змінного струму, але для їхнього включення необхідне джерело постійного струму (випрямляч).

У схемах керування застосовуються реле РП8, РП9, РПЛ131, РПЛ140 і ін. Електромагнітні реле вибирають по напрузі та струму обмотки, по довгостроково припустимому струму контактів і їх комутаційної здатності.

Реле часу призначені для введення в роботу схем керування з витримкою часу. За принципом дії вони бувають електромагнітними, моторними, пневматичними й електронними. У сільському господарстві часто застосовуються моторні реле часу серій ВР, Е-52; електромеханічні серій ЭВ-24, ЭВ-217; пневматичні серій РВП-1М, РВП-72 і електронні серії ЕЛ.

Електронні реле часу типу ВЛ-54, ВЛ-55, ВЛ-73...79 виконані із застосуванням інтегральних мікросхем і транзисторів у металевому корпусі, що захищає електронні елементи схеми від зовнішніх кліматичних впливів. Розшифровується позначення ВЛ-ХХ4 у такий спосіб: ВЛ — серія; X — порядковий номер типу; Х4 — кліматичне виконання й категорія розміщення реле часу.

Реле контролю швидкості призначені для фіксації наявності обертання робочих органів машин, електродвигунів. Застосовуються в схемах динамічного та реверсивного гальмування електроприводів.

Кнопки керування використовують для дистанційного керування контакторами, пускачами та іншими апаратами. Кнопки керування, змонтовані в загальному корпусі або на панелі, називають кнопковою станцією. Найбільше широко поширені кнопки КМЕ, КЕ; пости керування ПКЕ, ПКУ, ПКТ.

Подорожні та кінцеві вимикачі застосовуються в схемах керування електроприводами для обмеження руху транспортних механізмів або зміни напрямку їх руху ( при натисканні на них деталями механізмів, що рухаються). Найбільше часто в сільськім господарстві застосовуються контактні шляхові вимикачі серій ВК-211, ВК-411, ВК-101 і безконтактні БВК-24, КВД-3/24 і ін.

Електричні апарати захисту служать для відключення електричних кіл в аварійних режимах.

Для захисту проводок і електроустаткування від струмів коротких замикань застосовуються плавкі запобіжники й автоматичні вимикачі без витримки часу, а для захисту від перевантажень — автоматичні вимикачі й електротеплові реле магнітних пускачів.

Плавкі запобіжники включаються в кожну фазу електродвигуна або іншого електроприймача. Основні елементи запобіжника — плавка вставка, контактна система і корпус із пристроєм, що гасить дугу. При аварійному збільшенні струму відключення електричного кола відбувається за рахунок розплавлювання каліброваної плавкої вставки.

Для захисту електричних кіл напругою до 1000 В застосовують наступні види запобіжників: трубчасті без наповнювача (ПР2); трубчасті розбірні із закритими патронами і наповнювачем (ПН2, НПН).

На мал. 2.8 показаний пристрій плавких запобіжників типу ПН і ПР.

Автоматичні вимикачі призначені для комутації електричних кіл, а також для їхнього захисту від перевантажень і коротких замикань. Контактна система автоматичного вимикача замикається та розмикається вручну за допомогою рукоятки або кнопок. Для відключення ланцюгів при коротких замиканнях служить максимальне струмове реле прямої дії, для відключення при перевантаженнях — теплове реле прямої дії (електромагнітний і тепловий розчіплювачі).

Рис. 2.8. Трубчасті запобіжники: а — типу ПН; б, в — типу ПР із патронами на струми силою 100 і 60 А; 1 — сталеві пружні кільця контактів; 2 — гвинт; 3 — металеві кришки; 4 — порцеляновий патрон; 5 — контактні ножі; 6 — плавкі вставки; 7 — контактні болти; 8 — наповнювач (пісок); 9 — контактні стійки; 10 — текстолітова пластина; 11 — Т-образні виступи; 12 — латунні ковпачки; 13 — гвинт; 14 — фіброва трубка.

Застосовувані для комутації і захисту силових і освітлювальних мереж автоматичні вимикачі типу АЗ700, АЕ2000, ВА та інші різняться кількістю контактів (полюсів), номінальними значеннями сили струму та напруги, здатністю, що відключає, часом відключення. Діапазон їх номінальних струмів — 10...10 000 А, а струмів, що гранично комутуються, — до 100 кА. Час спрацьовування електромагнітного разчіплювача становить 0,02...0,7 с, а час спрацьовування теплового разчіплювача залежить від струму перевантаження і змінюється від декількох секунд до десятків секунд.

Деякі типи автоматичних вимикачів містять дистанційний разчіплювач, що дозволяє робити відключення навантаження по зовнішньому сигналу струму або напруги. Існують автоматичні вимикачі з електромагнітним приводом, що забезпечують дистанційне включення апарата.

Захист електродвигунів від перевантажень може здійснюватися також за допомогою теплових реле. Принцип їх дії та побудова аналогічний побудові теплових разчіплювачів автоматичних вимикачів. Електротеплові реле бувають двополюсними (ТРН) і триполюсними (РТЛ і РТТ). Їх застосовують разом з електромагнітними пускачами. Реле типу ТРН використовуються з пускачами ПМЕ та ПМ, а реле РТЛ, РТТ — з пускачами ПМЛ. Діапазон регулювання струму уставки теплових реле становить (0,75...1,25) I_ном.

Рис. 2.9. Принципові електричні схеми реле РТТ: а — з розмикальним контактом; б — з перемикаючим контактом

Принципова електрична схема електротеплового реле РТТ наведена на мал. 2.9.

Умовна позначка теплового реле РТТ має наступну структуру:

РТТ-Х₁ Х₂ Х₃ Х₄ Х₅,

де Х_х — номінальний струм реле (1 — виконання на 40 А (РТТ-1); 2 — виконання на 63 А (РТТ-2)); Х₂ — цифри, що позначають спосіб установки реле (1 — виконання на всі струми для індивідуальної установки; 2 — виконання на 40 А (РТТ-1) для приєднання до пускача ПМ12-040; 3 — виконання на 40 А (РТТ-1) для приєднання до пускача ПМ12-025); Х₃ — вид контактів допоміжному ланцюга реле (1 — з розмикальним контактом; відсутність цифри означає перемикаючий контакт); Х₄ — виконання реле по інерційності (П — знижена інерційність (тільки для РТТ-2)); Х₅ — кліматичне виконання УХЛ або О.

Принципова електрична схема електротеплового реле РТТ наведена на мал. 2.9.

Умовна позначка теплового реле РТТ має наступну структуру:

РТТ-Х₁ Х₂ Х₃ Х₄ Х₅,

де Х_х — номінальний струм реле (1 — виконання на 40 А (РТТ-1); 2 — виконання на 63 А (РТТ-2)); Х₂ — цифри, що позначають спосіб установки реле (1 — виконання на всі струми для індивідуальної установки; 2 — виконання на 40 А (РТТ-1) для приєднання до пускача ПМ12-040; 3 — виконання на 40 А (РТТ-1) для приєднання до пускача ПМ12-025); Х₃ — вид контактів допоміжному ланцюга реле (1 — з розмикальним контактом; відсутність цифри означає перемикаючий контакт); Х₄ — виконання реле по інерційності (П — знижена інерційність (тільки для РТТ-2)); Х₅ — кліматичне виконання УХЛ або О.