Аппаратура управления и защиты: классификация, устройство, эксплуатация.
Классификация аппаратуры управления и защиты
Электрическая аппаратура, применяемая в осветительных и силовых сетях для целей управления или защиты, может быть классифицирована по различным признакам.
В зависимости от природы явления, которое положено в основу действия аппаратов, их можно разделить на:
- аппараты ручного управления (рубильники, переключатели, выключатели, контроллеры), действие которых происходит в результате механического воздействия на них внешних сил;
- электромагнитные аппараты (магнитные пускатели, контакторы, электромагнитные реле), работа которых основана на электромагнитных силах, возникающих при работе аппарата.
В зависимости от выполняемых функций аппараты подразделяют на:
- коммутационные, предназначенные для включения и отключения различных цепей. Коммутационная аппаратура может быть неавтоматического управления (рубильники, переключатели, магнитные пускатели) и автоматического управления (реле, контакторы, автоматические выключатели);
- токоограничивающие и пускорегулирующие (реостаты, контролеры);
- аппараты защиты электрических цепей (реле защиты, предохранители).
Аппаратура может работать в различных режимах: длительно, кратковременно или в условиях повторно-кратковременной нагрузки.
Аппараты различаются также по следующим признакам:
- номинальному току и напряжению;
- числу полюсов (фаз);
-роду тока (постоянный или переменный);
- виду присоединения (с передним или задним присоединением проводов);
- способу защиты от воздействия окружающей среды (открытое исполнение, защищенное, пылезащищенное) и другим признакам.
|
Коммутационные аппараты неавтоматического управления
Простейшим аппаратом ручного управления в электрических сетях постоянного и переменного тока являются рубильники. Они применяются в сетях до 500 в для замыкания и размыкания цепей при токах от 100 до 5000 а.
Рубильники разделяются по следующим признакам:
- роду привода - с центральной рукояткой и с рычажным приводом;
- номинальному току;
- наличию разрывных контактов;
- числу полюсов-ножей - одно-, двух- и трехполюсные;
- конструкции рукоятки - с круглой и продолговатой;
- способу присоединения проводов - с задним и передним присоединением;
- наличию изоляционной плиты.
Основной частью рубильника является нож, который шарнирно поворачивается в нижнем контакте. При включении нож входит в верхний неподвижный контакт. Рубильник с разрывными контактами, кроме главных ножей, имеет дополнительные ножи, связанные с главными ножами при помощи пружин. В момент отключения из верхних контактов выходят сначала главные ножи, затем под действием пружин быстро отключаются разрывные ножи и размыкают цепь. Электрическая дуга, появившаяся в месте разрыва, быстро гаснет, и ножи меньше обгорают.
На рис. 1 показан трехполюсный переключатель с разрывными контактами. По условиям техники безопасности, при напряжении 380 и 500 В рубильники должны иметь защитный кожух или управляться рычажным приводом.
На рис. 2 показан рубильник с рычажным приводом.
Рис. 1. Трехполюсный переключатель с разрывными контактами | Рис. 2. Рубильник с рычажным приводом |
|
Для ручного включения и отключения электрических цепей постоянного тока напряжением до 250 в и переменного тока напряжением до 380 в применяются пакетные выключатели типа ПК (рис. 3, а). Пакетный выключатель (рис. 3, б) состоит из нескольких малогабаритных однополюсных выключателей, расположенных на общей оси один над другим и управляемых при помощи общей рукоятки. Пакетные выключатели предназначены для небольшого числа включений (до 15-20 вкл.). Пакетные выключатели выполняются одно-, двух- и трехполюсными на токи от 6 до 100 А.
Рис. 3. Пакетный переключатель ПК
В электрических схемах с незначительными токами применяются однополюсные переключатели (тумблеры) типа П-2. На рис. 4 дан эскиз такого переключателя.
Рис. 4. Однополюсный переключатель (тумблер)
При электрификации станков широкое распространение получили микропереключатели типа МП-1 (рис. 5). Эти переключатели заключены в пластмассовый корпус, выпускаются на токи до 3А при напряжениях до 380В. Микропереключатели обеспечивают моментное мгновенное действие контактной системы.
Рис. 5. Микропереключатель МП-1 | Рис. 5. Микропереключатель МП-1 |
Кроме перечисленных коммутационных аппаратов, применяются также универсальные переключатели, контроллеры, командоаппараты, конечные выключатели и т. д.
Для дистанционного управления (на расстоянии до 300 м) электромагнитными аппаратами и для цепей сигнализации применяются кнопки управления КУ-121. Кнопочные станции комплектуются из 1, 2 и 3 кнопочных элементов. Каждый кнопочный элемент имеет один нормально открытый контакт и один нормально закрытый контакт. Нормальным положением контактов условно называется такое положение, когда внешнее воздействие на кнопки отсутствует.
|
Номинальное напряжение, на которое рассчитано применение кнопок управления, не должно превышать 440 в при постоянном токе и 500 в при переменном токе. На рис. 6 показана кнопочная станция на два кнопочных элемента.
Рис. 326. Кнопочная станция
Магнитные пускатели представляют собой электромагнитные аппараты, служащие для дистанционного управления трехфазными асинхронными двигателями. Магнитные пускатели имеют две цепи: основную - силовую и вспомогательную - цепь управления.
В силовую цепь входят главные линейные контакты и нагревательные элементы тепловых реле. По силовой цепи электрическая энергия трехфазного тока поступает в обмотку статора управляемого двигателя.
Цепь управления пускателя состоит из кнопочной станции на две кнопки - "Пуск" и "Стоп", включающей катушки пускателя блок-контакта и контактов тепловых реле.
На рис. 7 дана схема нереверсивного магнитного пускателя, управляемого от кнопочной станции.
Рис. 7. Схема нереверсивного магнитного пускателя
Работает пускатель следующим образом: при нажатии кнопки "Пуск" ток от одной фазы А проходит через контакты кнопок "Пуск" и "Стоп", включающую катушку ВК, контакты тепловых реле ТР и проходит к другой "фазе С. Катушка ВК втягивает якорь, главные линейные контакты Л при этом замыкаются, двигатель получает напряжение и начинает вращаться. При включении главных контактов Л одновременно замыкаются нормально открытые блок-контакты БК, которые шунтируют кнопку "Пуск", и ее можно отпустить. При этом ток, питающий включающую катушку, проходит от первой фазы через блок-контакты БК, кнопку "Стоп" и т. д. Останов двигателя происходит путем нажатия кнопки "Стоп". При этом линейные контакты размыкаются и двигатель останавливается.
Защита двигателя от перегрузки осуществляется тепловыми реле, нагревательные элементы которых выбираются в соответствии с номинальным током двигателя. При протекании по обмотке двигателя тока, превышающего номинальный, тепловые реле размыкают свои контакты, что приводит к разрыву цепи включающей катушки, линейные контакты при этом размыкаются и двигатель автоматически останавливается.
Для возвращения контактов тепловых реле в исходное положение служит кнопка "Возврата".
После выключения пускателя под действием теплового реле до его включения должно пройти от 0,5 до 3 мин. Этого времени будет достаточно, чтобы охладилась биметаллическая пластина теплового реле.
Включающая катушка пускателя рассчитана для работы при напряжении от 85 до 100% номинального. Минимальное напряжение при котором катушка надежно удерживает пускатель во включенном положении, на 50-60% ниже номинального. При резком падении или полном исчезновении напряжения в сети катушка пускателя автоматически разомкнет главные контакты, осуществляя тем самым выключение двигателя.
Плавкие предохранители, устанавливаемые в цепи двигателя, защищают сеть от коротких замыканий в двигателе.
Для реверсивных двигателей (меняющих направление вращения) устанавливаются реверсивные магнитные пускатели (типа ПМ). Схема такого пускателя дана на рис. 8.
Рис.8. Схема реверсивного магнитного пускателя
В реверсивном магнитном пускателе есть два контактора: один для пуска двигателя "Вперед", другой для вращения в противоположном направлении-"Назад". Пускатель имеет две катушки: КВ - катушка включения "Вперед" и КН - катушка включения "Назад".
Кнопочная станция имеет соответственно три кнопки: "Вперед", "Назад" и "Стоп".
Оба контактора пускателя имеют механическую и электрическую блокировку с тем, чтобы при включении одного из них не мог быть включен другой. Электрическая блокировка выполняется контактами кнопочной станции, которые нормально замкнуты кнопками "Вперед" и "Назад". Назначение тепловых реле ТР контактов тепловых реле, блок-контактов то же, что и у нереверсивных пускателей.
Рассмотрим работу реверсивного магнитного пускателя. При нажатии, например, кнопки "Вперед" ток от одной фазы проходит через кнопку "Стоп", затем через кнопку "Назад", включающую катушку "Вперед" КВ, далее через контакты тепловых реле ТР на другую фазу. Включающая катушка КВ возбуждается и замыкает линейные контакты "Вперед". Одновременно включается блок-контакт БВ и шунтирует кнопку "Вперед", которую можно теперь отпустить. Двигатель получает напряжение и начинает вращаться. Следует обратить внимание на то, что, когда мы нажимаем кнопку "Вперед", ток проходит через кнопку "Назад", и наоборот. Тем самым осуществляется электрическая блокировка. Изменение направления вращения (реверсирование) происходит при включении контактора "Назад", который меняет местами две крайние фазы.