Монтаж электрооборудования

Оглавление

 1. Классификация пускозащитной аппаратуры

Аппараты управления электродвигателями предназначены для включения и отключения электрических двигателей, для их защиты, а также для изменения, регулирования и контроля различных параметров двигателя.

По принципу включения различают  аппараты неавтоматического включения (рубильники, пакетные выключатели, барабанные, кулачковые, универсальные переключатели, реостаты, конечные выключатели и т. п.) и аппараты автоматического включения и отключения (автоматические выключатели, магнитные пускатели, реле, тиристорные пускатели и т. п.).

По исполнению аппараты делят на открытие, "защищенные, пылеводозащищенные, взрывозащищенные. Открытые аппараты устанавливают в шкафах или электротехнических помещениях — распределительных пунктах (РП). Шкафы и РП должны запираться замками. Защищенные аппараты устанавливают в сухих и влажных отапливаемых помещениях; пылеводозащищенные аппараты монтируют в пыльных, сырых или особо сырых помещениях и наружных установках. Взрывозащищенные аппараты применяют во взрывоопасных помещениях.

Для управления асинхронными двигателями  мощностью до 75 кВт используют магнитные пускатели. Магнитные пускатели обладают рядом достоинств по сравнению с другими пусковыми аппаратами. Пускатели обеспечивают дистанционное или автоматическое управление электроприводом, осуществляют защиту от длительных перегрузок, от глубоких снижений напряжения или исчезновения напряжения. Они допускают кратковременное включение 10-кратного тока и отключение 8-кратного тока. Частота включений— 600 циклов в час, общее число включений превышает 1 млн. Обеспечивается безопасность оперативного персонала, который выполняет переключения лишь в цепи управления магнитного пускателя.

В настоящее время разработаны  и применяются бесконтактные  пускатели, использующие управляемые  диоды (тиристоры). Тиристорные пускатели  применяют там, где необходимо плавно изменять параметры, когда велика частота включений (более 600 циклов в час), когда требуется обеспечить быстродействие или передать сигналы, несущие малую энергию. Однако на современном уровне развития техники бесконтактные аппараты не могут полностью заменить контактную аппаратуру. Замена многополюсных контактных аппаратов бесконтактными нецелесообразна по следующим причинам. Стоимость и габариты тиристорных пускателей много выше, чем магнитных. Для двигателя напряжением 380 В и мощностью 17 кВт стоимость тиристориого пускателя выше в 50 раз, а объем — в 7 раз по сравнению с магнитным. Тиристорные пускатели не допускают перегрузок по току и напряжению, не могут коммутировать постоянный ток, создают радиопомехи. Известны и другие недостатки бесконтактной аппаратуры. К настоящему времени бесконтактные пусковые аппараты не нашли заметного распространения в сельском хозяйстве [4].

2. Устройство и типы автоматических  выключателей, магнитных пускателей. Схемы

Магнитные пускатели. Пускатель состоит из главных и вспомогательных контактов, магнитопровода, катушки, теплового реле с механизмом возврата. Пускатели защищенного исполнения имеют оболочку. Для включения и отключения пускателей используют кнопочные станции. Кнопка «Пуск» имеет один замыкающий контакт, кнопка «Стоп» — один размыкающий, кнопки «Вперед» и «Назад» устроены одинаково, могут иметь по одному замыкающему и одному размыкающему контакту или только по одному замыкающему. Некоторые пускатели изготовляют со встроенными в оболочку кнопками.

В сельскохозяйственных электроустановках, нашли широкое применение пускатели серии ПМЕ, ПА, П6, ПАЕ. Используются также пускатели Польши и ГДР серии BSt и MDSt. Заводы-изготовители не дают пояснений отдельных букв в серии пускателей. После серии в обозначении пускателя ставится трехзначная цифра. Первая цифра слева обозначает величину пускателя, средняя, как правило, — исполнение оболочки, цифра справа — дополнительные признаки.

На рисунке 1 показана принципиальная электрическая схема включения асинхронного двигателя при помощи магнитного пускателя. Такие схемы используют, когда необходимо уяснить принцип, действия установки.

Рис. 1. Схема управления нереверсивным  электродвигателем.

Последовательность работы схемы следующая. При включении автоматического выключателя напряжение из сети подается на верхние неподвижные контакты силовой цепи пускателя, а через кнопку «Стоп» КнС подводится к контакту кнопки «Пуск» КнП. При замыкании кнопки «Пуск» образуется цепь тока: фаза С, кнопка «Стоп», кнопка «Пуск», катушка пускателя, размыкающий контакт теплового реле и нулевой провод сети. При протекании тока по этой цепи в соединительных проводах, контактах теплового реле, кнопках «Пуск» и «Стоп» и винтовых клеммах происходит незначительная потеря напряжения, а следовательно, рассеивается минимальная мощность. Наибольшая мощность выделяется в катушке, совершается необходимая полезная работа по втягиванию и удержанию втянутым якоря магнитопровода пускателя. Вместе с ним перемещаются подвижные главные и вспомогательные контакты, замыкаются силовые и блокировочные цепи. В результате замыкания главных контактов образуется цепь тока на двигатель, ротор двигателя начинает вращаться [4].

Автоматические воздушные  выключатели (автоматы) — защитно-коммутационные аппараты, предназначенные для отключения электрических цепей напряжением до 1 кВ при аварийных (к. з.) и ненормальных (перегрузки, исчезновение или снижение напряжения) режимах, а также для нечастых переключений при нормальных режимах работы (включения и отключения токов нагрузки). Автоматы должны длительно выдерживать ток нагрузки во включенном положении и обеспечивать автоматическое многократное отключение токов к. з. Гашение дуги в автоматах происходит в воздухе, поэтому они называются воздушными.

Основные элементы автомата — это контакты с дугогаситель-ной системой, привод с механизмом свободного расцепления, расцепители. Автомат обычно снабжают также вспомогательными контактами, все элементы его помещены в корпус из изоляционной пластмассы.

На рисунке 2 показана схема воздушного автомата (в Отключенном положении) с основными элементами. При включении автомата вручную поворачивают рукоятку 5 по часовой стрелке. При этом усилие через рычаги 7 и 8 механизма свободного расцепления передается контактному рычагу 15, который, перемещаясь, взводит отключающую пружину 9 и замыкает контакты 13. Когда автомат включен, система ломающихся рычагов 7 и 8 находится в «мертвом» положении, так как центр О₃ лежит ниже прямой, соединяющей другие концы рычагов 7 и 8, а опора не позволяет нм перемещаться вниз. При этом совместно с рычагом ручного включения они прочно удерживают рычаг 15 в положении с замкнутыми контактами [1].

Рис. 2. Схема и основные элементы автомата: 1 — максимальный расцепитель; 2 —минимальный расцепитель; 3 — независимый разделитель; 4 — механическая связь с расцепителем; 5 — рукоятка ручного включения; 6 — электромагнитный привод; 7,8 — рычаги механизма свободного расцепления; 9 — отключающая пружина; 10 —дугогасательная камера; 11 — шинки; 12 — защищаемая цепь; 13 — контакт, 14 — гибкая связь; 15 — контактный рычаг; 16 — биметаллический расцепитель, 17 — добавочное сопротивление, 18 — нагреватель.

3. Принцип защиты двигателей от коротких замыканий и перегрузок. Устройство предохранителей и расцепителей автоматов.

Расцепителями, под действием которых автоматически отключается выключатель, называют электромагнитные или термобиметаллические механизмы, контролирующие заданный параметр цепи и срабатывающие, когда он достигает определенного, заранее установленного значения.

В автоматах  могут быть использованы несколько  типов электромагнитных расцепителей, работа которых, как и любого электромагнитного  механизма, основана на воздействии  магнитного поля обтекаемой током обмотки  на ферромагнитный якорь (сердечник). Широко применяются максимальные токовые расцепители 1 (см. рис. 2), которые обеспечивают быстрое (примерно за 0,02 с) отключение автомата при увеличении тока вследствие к. з. в защищаемой цепи. Максимальный расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени для избирательной защиты. Некоторые автоматы содержат также независимый расцепитель или расцепитель минимального напряжения. Независимый электромагнитный расцепитель 3 (см. рис. 2) предназначен для дистанционного отключения автомата, его обмотка обычно рассчитана на номинальное напряжение 220 В переменного тока. Расцепитель минимального напряжения 2 (минимальный или нулевой расцепитель) предназначен для отключения автомата при исчезновении напряжения или снижении его ниже установленного предела (напряжения срабатывания). Минимальный расцепитель можно использовать также в качестве независимого для дистанционного отключения автомата.

Широко  применяются тепловые (биметаллические) расцепители, предназначенные для  отключения автоматов при перегрузках. Основной элемент теплового расцепителя — биметаллическая пластина 16, состоящая из двух металлических пластин с разными коэффициентами линейного расширения, жестко скрепленных между собой сваркой или горячим прокатом. При нагревании биметаллическая пластина 16, один конец которой закреплен, изгибается и воздействует другим концом через тягу 4 на механизм свободного расцепления. Нагревает пластину нагреватель 18, присоединенный к сети через шунт 17, или теплота, выделяемая током нагрузки, протекающим по пластине (см. рис.2).

Для улучшения защиты от однофазных к. з., что важно для сельских электрических сетей напряжением 380/220 В, применяют автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, включаемым в нулевой провод. Ток срабатывания такого расцепителя обычно меньше, чем у расцепителей в фазных проводах.

В автоматах  на небольшие токи устанавливают  одну пару контактов на фазу. При  значительных отключаемых токах  предусматривают две пары контактов  — главные и дугогасительные.

Для улучшения  условий и ускорения гашения  дуги используют дугогасительные камеры. Камеры со стальными пластинами, расположенными перпендикулярно дуге, обеспечивают деление длинной дуги на короткие. Втягивание дуги в стальную решетку  происходит под действием магнитного поля, возбуждаемого током самой дуги.

Плавкие предохранители — простейшие защитно-коммутационные аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения электрических цепей при к. з. или длительных перегрузках. Работа предохранителя основана на тепловом действии тока. Он включается последовательно с защищаемой цепью и состоит из следующих основных элементов: корпуса, металлической плавкой вставки, контактного и дугогасительного устройств (дугогасительной среды). Отключение цепи предохранителем происходит вследствие расплавления плавкой вставки, которая представляет собой искусственно ослабленный участок цепи. Она нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи и расплавляется, когда сила тока превышает определенное значение. После отключения цепи плавкую вставку заменяют вручную.

Основной элемент предохранителя — плавкая вставка, ее изготовляют  в большинстве случаев из меди, цинка, свинца и его сплавов, серебра. Свинец и цинк имеют низкую температуру  плавления (соответственно 327 и 419 °С) и значительную удельную теплоемкость. Предохранители со вставками из свинца и цинка, благодаря своей тепловой инерции имеют большие выдержки времени срабатывания при перегрузках и соответственно легче выдерживают кратковременные перегрузки.

В сельских сетях напряжением 0,38 кВ наибольшее распространение получили предохранители типов ПР-2, ПН-2 и НПН-2. Предохранители типа ПР-2 (разборные, с закрытыми патронами без наполнителя) изготовляются на напряжение 220 и 500 В и токи патронов 15...1000 А. Патрон предохранителя (рис. 3) состоит из фибровой цилиндрической трубки с напрессованными на концах латунными обоймами 4 с резьбой. Латунные колпачки 5, навинчиваемые на эти обоймы, зажимают контактные ножи 1, к которым болтами присоединяют плавкую вставку 3. У предохранителей на токи до 60А колпачки одновременно являются контактами. Патрон вставляют в неподвижные контактные стойки, укрепленные на изоляционной плите.

Рис. 3. Разрез патрона  предохранителя типа PR: 1 – контактный нож; 2 – фибровый патрон; 3 – плавкая вставка; 4 – обойма; 5 – колпачок.

В сельских электроустановках на напряжение выше 1 кВ применяются предохранители типа ПКТ и ПВТ (прежние названия соответственно ПК и ПСН). Предохранители типа ПКТ (с кварцевым наполнителем) изготовляют на напряжения 6...35 кВ и номинальные токи 40...400 А. Наиболее широкое распространение получили предохранители ПКТ-10 на 10 кВ, устанавливаемые на стороне высшего напряжения сельских трансформаторных подстанций 10/0,38 кВ. Патрон предохранителя (рис. 4) состоит из фарфоровой трубки 3, заполненной кварцевым песком, которая армирована латунными колпачками 2 с крышками 1. Плавкие вставки изготавливают из посеребренной медной проволоки. При номинальном токе до 7,5 А используют несколько параллельных вставок 5, намотанных на ребристый керамический сердечник (рис.4, а). При больших токах устанавливают несколько спиральных вставок (рис. 4, б). Такая конструкция обеспечивает хорошие условия гашения дуги, так как вставки имеют значительную длину и малое сечение [1].

Рис. 4. Патроны предохранителей  типа ПКТ: а — на номинальные токи до 7,5 А; б — на номинальные токи 10 ... 400 А; 1 — крышка; 2 — латунный колпачок; 3 — фарфоровая трубка; 4 —  кварцевый песок; 5 и 5' —плавкие вставки; 6 — указатель срабатывания; 7 — пружина.

4. Требования ПУЭ при монтаже  аппаратов

Аппараты защиты следует располагать  по возможности в доступных для  обслуживания местах таким образом, чтобы была исключена возможность  их механических повреждений. Установка  их должна быть выполнена так, чтобы при оперировании с ними или при их действии были исключены опасность для обслуживающего персонала и возможность повреждения окружающих предметов.

Аппараты защиты с открытыми  токоведущими частями должны быть доступны для обслуживания только квалифицированному персоналу.

При защите сетей предохранителями последние должны устанавливаться  на всех нормально незаземленных  полюсах или фазах. Установка  предохранителей в нулевых рабочих  проводниках запрещается.