Коммутационная и защитная аппаратура
Цеховых сетей низкого напряжения (НН).
К коммутационной аппаратуре цеховых сетей НН относятся рубильники, пакетные выключатели, контакторы, магнитные пускатели, автоматические воздушные выключатели и т.п.
Основные функции цеховой коммутационной аппаратуры:
1. Включение и отключение ЭП и электрических цепей;
2. Защита от ненормальных режимов работы;
3. Регулирование оборотов ЭД;
4. Реверсирование и торможение электроприводов.
Защита сетей от ненормальных режимов работы осуществляется плавкими предохранителями или расцепителями, встроенными в магнитные пускатели, автоматические воздушные включатели и иные коммутационные аппараты.
Для двигателей применяют следующие виды защит:
1. от перегрузки–тепловые реле или реле максимального тока с выдержкой времени;
2. от внутренних КЗ – плавкие предохранители или автоматические выключатели с реле максимального тока мгновенного действия;
3. от потери напряжения питающей сети – удерживающие катушки магнитных пускателей и контакторов или реле минимального напряжения.
Плавкие предохранители – служат для защиты сетей от ТКЗ; их действие основано на перегорании плавкой вставки при протекании по ней тока, выше допустимого.
Рабочий элемент предохранителя – плавкая вставка.
Определение.
Номинальным током плавкой вставки называется ток, который может длительно протекать через вставку не вызывая ее расплавления или недопустимого нагрева.
Наибольшее распространение имеют предохранители типов НПН–60, ПН2, ПР -2 (безинерционные).
Предохранитель типа ПР–2 (газогенерирующий) состоит из фибровой трубки, внутри которой находятся плавкая вставка из цинкового сплава.
Рисунок 13. Плавкая вставка предохранителя ПР-2.
При расплавлении вставки возникает дуга, под действием выделяемого ею тепла фибра разлагается, выделяется газ, который способствует ускоренному гашению дуги.
Предохранители НПН заполнены кварцевым песком для ускорения гашения дуги.
Шкала номинальных токов силовых предохранителей охватывает диапазон от 15 до 1000 А.
Определение.
Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость времени его срабатывания от величины (кратности) пикового тока.
Рисунок 14. Пример защитных характеристик предохранителей.
Для точного выбора тока плавкой вставки необходимо на семейство защитных характеристик наложить пусковую (пиковую) характеристику ЭП.
Выбранная плавкая вставка должна иметь ближайшую защитную характеристику, не пересекающуюся с пусковой характеристикой ЭП. Этому условию соответствует характеристика 4 на Рисунке 14.
Рисунок 15. Выбор защитной характеристики предохранителя.
По особенностям защитных характеристик различают инерционные и безинерционные предохранители. Плавкие вставки безинерционных предохранителей изготавливаются из меди. Плавкие вставки инерционных предохранителей изготавливаются из свинца, его сплавов или цинка, которые по сравнению с медью имеют низкую температуру плавления (200-240°С; для меди она равна 960-1080°С) и малую электропроводимость. Поэтому по сравнению с медными плавкими вставками на тот же номинальный ток плавкие вставки инерционных предохранителей имеют большее сечение, большую массу и, как следствие, большее время срабатывания. Инерционные предохранители целесообразно ставить в линиях, для которых характерны частые пиковые токи, например, в линиях питания асинхронных двигателей.
При отсутствии характеристик предохранители выбираются по следующим условиям:
1. Инерционные (со свинцовым токопроводящим мостиком или предохранители в линиях, не имеющих пиковых токов) 
³ 
2. Безинерционные предохранители 
,
где Кпер – коэффициент кратковременной тепловой перегрузки плавкой вставки.
Кпер = 2,5 - для двигателей, пускаемых вхолостую;
Кпер = 1,6 – 2,0 - для двигателей, пускаемых под нагрузкой;
Кпер = 1,6 – для аппаратов контактной сварки.
Кроме того, предохранители выбираются по напряжению Uн.п. ³ Uн.с.
где Uн.п. – номинальное напряжение предохранителя;
Uн.с. - номинальное напряжение сети.
[Л3, §2.7; Л2, §3.3; Л5, §3.4; Л6, §5.14]
Контрольные вопросы:
1. Какие устройства относятся к коммутационным аппаратам цеховых низковольтных сетей?
2. Перечислить основные функции, выполняемые коммутационной аппаратурой.
3. Какие элементы коммутационных аппаратов служат для зашиты электроприемников от ненормальных режимов работы?
4. Какую функцию выполняют плавкие предохранители?
5. Что такое плавкая вставка?
6. Дать определение номинальному току плавкой вставки.
7. Дать определение защитной характеристики предохранителя.
8. Из каких материалов изготовляется плавкая вставка?
9. В каких случаях применяются инерционные предохранители?
10. В каких случаях применяются безинерционные предохранители?
Магнитные пускатели – предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности при значительной частоте их включений (до1000 включений в час).
Выполняют следующие основные функции:
1. Включение и отключение ЭД;
2. Реверс ЭД (если пускатель реверсивный);
3. Защиту ЭД от перегруза, от недопустимого снижения напряжения, от самозапуска, от обрыва фазы.
Конструктивно магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока электромагнитного принципа действия с прямоходной подвижной системой. Электромагнитная часть пускателя состоит из неподвижного и подвижного сердечника, выполненного из листовой электротехнической стали. На неподвижном сердечнике закреплена катушка. При подаче на нее напряжения она создает магнитное поле, которое замыкается по сердечнику и притягивает его подвижную часть к неподвижной. С подвижной частью сердечника через изоляционные прокладки механически связаны подвижные силовые контакты в питающей линии и блокконтакты, используемые в схеме управления пускателем, в целях сигнализации и блокировки с иными элементами схемы. Реверсивные магнитные пускатели в своем составе имеют два электромагнитных контактора, один из которых подает питающее напряжение на двигатель с прямым порядком следования фаз А, В, С, другой с обратным А, С, В.
Управление магнитными пускателями осуществляется при помощи кнопочных станций, которые не входят в состав магнитных пускателей. Кнопочная станция нереверсивного пускателя имеет кнопки «Пуск» и «Стоп»; кнопочная станция реверсивного пускателя имеет кнопки «Вперед», «Стоп» и «Назад».
Рисунок 16. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя типа ПМЛ.
На схеме изображены:
§ F1, F2, F3 – предохранители;
§ М – асинхронный электродвигатель;
§ SВТ – кнопка «Стоп»;
§ SВС – кнопка «Пуск»;
§ КМ1 – катушка электромагнита пускателя;
§ КМ1:1, КМ1:2, КМ1:3 – силовые контакты пускателя;
§ КМ1:4 – блокконтакт;
§ КК1, КК2 – тепловые реле;
§ КК1:1, КК2:1 – контакты тепловых реле.
Работа схемы: При нажатии кнопки «Пуск» получает питание катушка КМ1 и приводит в действие подвижную систему. При этом замыкаются силовые контакты КМ1:1, КМ1:2, КМ1:3 и ЭД через предохранители F1, F2, F3 получает питание. Замыкается также блок контакт КМ1:4 и после отпускания кнопки «Пуск» через него продолжает получать питание катушка КМ1.
Для выключения двигателя необходимо нажать кнопку «Стоп» SВТ. При этом разрывается цепь питания катушки КМ1, размыкаются силовые контакты КМ1:1, КМ1:2, КМ1:3, двигатель отключается от сети; размыкается также блокконтакт КМ1:4 и после отпускания кнопки «Стоп» катушка остается обесточенной (разблокируется).
Тепловые реле КК1 и КК2 срабатывают при протекании в линии недопустимого тока перегрузки. При этом размыкаются их контакты КК1:1 или КК2:1, разрывается цепь питания катушки КМ1, схема ведет себя аналогично как при нажатии кнопки «Стоп».
При обрыве фазы А или С катушка КМ1 потеряет питание и двигатель будет отключен.
При обрыве фазы В возрастут токи в фазах А и С, сработают тепловые реле КК1 или КК2 и пускатель отключит двигатель от сети.
При снижении напряжения в сети ниже напряжения удерживания катушки КМ1 она отпустит и двигатель будет отключен от сети.
От токов короткого замыкания двигатель защищается при помощи плавких предохранителей F1, F2, F3, которые не входят в состав магнитного пускателя.
Магнитный пускатель делает невозможным самозапуск электродвигателя.
Определение: